DE102014107342B4 - Device and method for detecting cancerous tumors and other tissue changes - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe (100) mit den Schritten:Ansetzen einer Kanüle (20) an die Probe (100), wobei die Kanüle zumindest einen ersten Lichtwellenleiter (34) und einen zweiten Lichtwellenleiter (36) umfasst,während die Kanüle (20) an die Probe (100) angesetzt ist:Erzeugen eines ersten Lichtpulses und Leiten desersten Lichtpulses durch den ersten Lichtwellenleiter,Bestrahlen der Probe (100) mit dem ersten Lichtpuls durch die Kanüle (20),Auslesen der Spektralantwort des ersten Lichtpulses,Erzeugen eines zweiten von dem ersten Lichtpuls verschiedenartigen Lichtpulses und Leiten deszweiten Lichtpulses durch den zweiten Lichtwellenleiter, wobei der zweite Lichtpuls ein einen Ramanlichtpuls der Probe anregender Lichtpuls ist,Bestrahlen der Probe mit dem zweiten Lichtpuls durch die Kanüle (20),Auslesen der Spektralantwort des zweiten Lichtpulses,Absetzen der Kanüle (20) von der Probe.Method for spectrally analyzing a sample (100), comprising the steps of: attaching a cannula (20) to the sample (100), the cannula comprising at least a first optical fiber (34) and a second optical fiber (36), while the cannula (20 ) is attached to the sample (100): generating a first light pulse and directing the first light pulse through the first optical fiber, irradiating the sample (100) with the first light pulse through the cannula (20), reading out the spectral response of the first light pulse, generating a second a light pulse different from the first light pulse and guiding the second light pulse through the second optical waveguide, the second light pulse being a light pulse exciting a Raman light pulse of the sample,irradiating the sample with the second light pulse through the cannula (20),reading out the spectral response of the second light pulse,depositing the cannula (20) from the sample.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe.The invention relates to a method for spectrally analyzing a sample.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Der Gesundheitsmarkt ist im heutigen Zeitalter einer der wichtigsten und ertragsreichsten Märkte weltweit. Die Entwicklung fokussiert sich dabei vermehrt auf den Ausbau neuer Diagnostik- sowie Behandlungsmethoden. Gerade auf die Entwicklung von Krebspräparaten wird ein Schwerpunkt gesetzt.The healthcare market is one of the most important and profitable markets in the world today. The development is increasingly focused on the expansion of new diagnostic and treatment methods. A particular focus is placed on the development of cancer drugs.
Aus den Innovationen marktfähige Produkte zu entwickeln ist eine der zentralen Aufgaben verschiedener Forschungsgruppen in Pharma- und Medizintechnik. Neben den sozialen und humanitären Aspekten spielen daher auch immer mehr Effizienz- und Kostenüberlegungen eine wichtige Rolle in der Gesundheitspolitik.Developing marketable products from innovations is one of the central tasks of various research groups in pharmaceutical and medical technology. In addition to the social and humanitarian aspects, efficiency and cost considerations are therefore playing an increasingly important role in health policy.
Die klassischen Verfahren der Krebsdiagnostik reichen von bildgebenden Verfahren wie Szintigraphie, Computertomographie über mikroskopische bis hin zu immunologischen Verfahren. Bis heute ist die Biopsie und anschließende Befundung, basierend auf mikroskopischen Bildern, durch einen Pathologen der Goldstandard in der Diagnostik von Gewebeveränderungen. Seit den 90er Jahren veröffentlichten Forschergruppen vermehrt Publikationen über die Krebsdiagnose mittels Spektroskopie. Die Mehrzahl befasst sich Raman- oder Fluoreszenzspektroskopie. Fast ausschließlich wurden die Messungen ex vivo nach spezieller Probenpräparation durchgeführt.The classic methods of cancer diagnostics range from imaging methods such as scintigraphy and computer tomography to microscopic and immunological methods. To this day, a biopsy and subsequent diagnosis, based on microscopic images, by a pathologist is the gold standard in the diagnosis of tissue changes. Since the 1990s, research groups have published an increasing number of publications on cancer diagnosis using spectroscopy. The majority deal with Raman or fluorescence spectroscopy. The measurements were almost exclusively carried out ex vivo after special sample preparation.
Unter Spektroskopie versteht man für gewöhnlich analytische Techniken, die die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie untersuchen. Sie ermöglicht die Charakterisierung von Atomen, Ionen und Molekülen durch typische Wellenlängen, die mit Hilfe von Emission, Absorption, Streuung etc. gemessen werden können. Elektromagnetische Wellen, wie z.B. Licht, Gammastrahlung, Radiowellen, Mikrowellen, usw. können mit Materie wechselwirken, indem sie absorbiert, reflektiert oder gestreut werden. Die Spektroskopie gehört heute zu den wichtigsten instrumentellen Analysemethoden in der Physik, Chemie und Astronomie.Spectroscopy is commonly understood to mean analytical techniques that study the interaction of electromagnetic radiation with matter. It enables atoms, ions and molecules to be characterized by their typical wavelengths, which can be measured using emission, absorption, scattering, etc. Electromagnetic waves such as light, gamma rays, radio waves, microwaves, etc. can interact with matter by being absorbed, reflected or scattered. Today, spectroscopy is one of the most important instrumental analysis methods in physics, chemistry and astronomy.
Unter optischer Spektroskopie versteht man für gewöhnlich die Ausnutzung elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 200nm bis ca. 100µm zur qualitativen und quantitativen Analyse von Proben. Dabei werden methodisch je nach Wellenlänge verschiedene Spektroskopietechniken unterschieden. Zum Ersten Ultraviolett- und sichtbare Spektroskopie (UV/VIS) im Frequenzbereich von 200 nm bis 780 nm unter Anregung von Valenzelektronen. Hierbei erstreckt sich der ultraviolette Spektralbereich (UV) von 200 nm bis 370 nm und der sichtbare Spektralbereich (VIS) von 370 nm bis 780 nm. Zum Zweiten die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) im Frequenzbereich von 780 nm bis 2500 nm unter Anregung von Kombinations- und Oberschwingungen in Molekülen. Optical spectroscopy is usually understood to mean the use of electromagnetic radiation in the wavelength range from approx. 200nm to approx. 100µm for the qualitative and quantitative analysis of samples. Depending on the wavelength, different spectroscopy techniques are distinguished methodologically. First, ultraviolet and visible spectroscopy (UV/VIS) in the frequency range from 200 nm to 780 nm with the excitation of valence electrons. The ultraviolet spectral range (UV) extends from 200 nm to 370 nm and the visible spectral range (VIS) from 370 nm to 780 nm - and harmonics in molecules.
Schließlich, wenn auch nicht abschließend, die Mittelinfrarot-Spektroskopie (MIR) im Frequenzbereich von typisch 2,5 µm bis 25 µm unter Anregung von Grundschwingungen in Molekülen.Finally, although not conclusively, mid-infrared spectroscopy (MIR) in the frequency range of typically 2.5 µm to 25 µm with the excitation of fundamental vibrations in molecules.
Unter Photolumineszenz wird im Allgemeinen die zeitverzögerte Emission eines Lichtquants nach vorausgegangener Lichtabsorption verstanden. Je nach elektronischem Übergang bzw. Zeitverzögerung wird zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz unterschieden. Bei der Fluoreszenz liegt der Zeitunterschied zwischen Absorption und Emission eines Photons typischerweise in der Größenordnung von 10-9 bis 10-6 s, während bei der langsam abklingenden Phosphoreszenz 10-3 bis 10-5 s vergehen. Die Anregung der Fluoreszenz erfolgt zumeist durch UV/VIS-Licht.Photoluminescence is generally understood to mean the time-delayed emission of a light quantum after previous light absorption. Depending on the electronic transition or time delay, a distinction is made between fluorescence and phosphorescence. In fluorescence, the time difference between absorption and emission of a photon is typically on the order of 10 -9 to 10 -6 s, while in slowly decaying phosphorescence it is 10 -3 to 10 -5 s. The fluorescence is mostly stimulated by UV/VIS light.
Bei der Ramanspektroskopie liegt bislang ein Schwerpunkt in der Diagnostik von Brustkrebs. Die Probenpräparation reicht von schockgefrorenen, in Formalin fixierten, in Paraffin eingebetteten Schnitten bis zu nicht fixiertem gefrorenen Gewebe.One focus of Raman spectroscopy has so far been in the diagnosis of breast cancer. Specimen preparation ranges from snap-frozen, formalin-fixed, paraffin-embedded sections to unfixed frozen tissue.
Auch die Unterscheidung von Normalgewebe, benignen (gutartigem) sowie malignen (bösartigen) Tumoren im Darm wurde früher bereits ex vivo untersucht. Hierzu können die Proben beispielsweise ex vivo nach der Biopsie untersucht werden. Die Unterscheidung von Lungenkarzinomen und Normalgewebe, das Erkennen von Plattenepithelkarzinomen im Hals-Kopfbereich (Hemotoxylin- und Eosinfärbung) und Speiseröhrenkrebs sind ex vivo bereits ebenfalls ermöglicht. Ein anderes Anwendungsgebiet ergibt sich im Einsatz bei der Erkennung von Krebsvorstufen bei der Dysplasie des Gebärmutterhalses, als Ersatz des sogenannten PAP-Tests (Papanicolaou-Abstrich), also den vaginalzytologischen Abstrich (Färbemethode von Zellen und Beurteilung auf ihre Bösartigkeit hin).The distinction between normal tissue, benign (non-cancerous) and malignant (cancerous) tumors in the intestine has also previously been examined ex vivo. For this purpose, the samples can be examined ex vivo after the biopsy, for example. The differentiation of lung carcinomas and normal tissue, the detection of squamous cell carcinomas in the neck and head area (hemotoxylin and eosin staining) and esophageal cancer are also already possible ex vivo. Another area of application is in the detection of precancerous lesions in dysplasia of the cervix, as a replacement for the so-called PAP test (Papanicolaou smear), i.e. the vaginal cytological smear (staining method of cells and assessment of their malignancy).
Ein besonderes Augenmerk wird bereits in laufenden Forschungsarbeiten auf nahinfrarote Strahlung (NIR) zur optischen Untersuchung gerichtet, welche sich besonders aufgrund der hohen Eindringtiefe (höhere Energie dieses Lichts, geringe Absorptionskoeffizienten) für die Untersuchung von Gewebe eignet. Wasser, Hämoglobin, Lipide, Proteine und DNA könnten hierbei erkannt werden. Jedoch konnten bislang keine speziellen Markersubstanzen, sondern nur Wellenlängenbereiche identifiziert werden. Für die meisten Stoffe sind bislang daher nur qualitative Aussagen möglich.In ongoing research work, special attention is already being paid to near-infrared radiation (NIR) for optical examination, which is particularly suitable for examining tissue due to the high penetration depth (higher energy of this light, low absorption coefficient). Water, hemoglobin, lipids, proteins and DNA could be recognized here. However, no special marker substances have been identified so far, only wavelength ranges. So far, only qualitative statements have been possible for most substances.
Auch die Erkennung von Bauchspeicheldrüsenkrebs und von Darmkrebs wurde ex vivo untersucht. Die Analyse erfolgte stets an frischen Biopsaten ohne Nachbehandlung.The detection of pancreatic cancer and colorectal cancer has also been studied ex vivo. The analysis was always carried out on fresh biopsies without post-treatment.
Auch hinsichtlich der einzusetzenden Frequenzbereiche, die unterschiedliche Mess- und Auswerteverfahren bedingen, gibt es bislang nur wenig konkrete Ergebnisse. Der mittelinfrarote Spektralbereich (MIR) führt aufgrund des hohen materiellen Aufwandes bislang ein Schattendasein bei experimentellen Aufbauten zur in vivo Diagnose.Also with regard to the frequency ranges to be used, which require different measurement and evaluation methods, there are only a few concrete results so far. Due to the high material costs, the mid-infrared spectral range (MIR) has so far led a shadowy existence in experimental setups for in-vivo diagnosis.
Die internationale Patentanmeldung
Auch sind aktuellen Diagnostiksysteme teuer und wenig benutzerfreundlich.Current diagnostic systems are also expensive and not very user-friendly.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral Description of the Invention
Zur Verstärkung der Fluoreszenzantwort werden für gewöhnlich Markersubstanzen eingesetzt. Jedoch erscheint es auch möglich, körpereigene „Markersubstanzen“ heranzuziehen. So können unter anderem Hormone, Enzyme, Eiweißkörper und insbesondere deren vermehrtes Vorkommen im Blut oder Gewebe einen Krankheitszustand anzeigen. Im Gegensatz zu gewöhnlichen, injizierbaren Markersubstanzen brauchen körpereigene „Markersubstanzen“ nicht wie Medikamente zugelassen werden. Die hierbei entstehenden Kosten sowie die notwendigen Tierversuche, sowie ggf. Versuche an menschlichen Probanden, können wegfallen. Durch körpereigene Markersubstanzen kann ggf. auf die Nutzung von aufwändigen und kostenintensiven Markersubstanzen verzichtet werden und kostengünstig und schnell Rückschlüsse über verschiedene Gewebezustände anhand der Konzentration der körpereigenen Stoffe erhalten werden.Marker substances are usually used to enhance the fluorescence response. However, it also seems possible to use endogenous “marker substances”. For example, hormones, enzymes, proteins and especially their increased occurrence in the blood or tissue can indicate a disease state. In contrast to conventional, injectable marker substances, the body's own "marker substances" do not have to be approved like drugs. The costs incurred here as well as the necessary animal experiments and, if necessary, experiments on human subjects can be omitted. The use of endogenous marker substances may make it possible to dispense with the use of complex and cost-intensive marker substances, and conclusions about various tissue states can be obtained quickly and inexpensively based on the concentration of the endogenous substances.
Beispielsweise ist Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (abgekürzt NAD/NADH oder Coenzym 1) ein Hydridionen (Zwei-Elektronen/Ein-Proton) übertragendes Koenzym, das an zahlreichen Redoxreaktionen des Stoffwechsels der Zelle beteiligt ist. Es dient als Oxidationsmittel und nimmt z.B. beim Abbau von Kohlenhydraten eine zentrale Rolle ein. NADH wird gelegentlich als „Träger von Lebensenergie“ bezeichnet. Wie wesentlich das NADH für alles Leben ist, zeigt die Tatsache, dass es in praktisch jeder menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Zelle vorhanden ist, so dass sich sagen lässt: Je aktiver eine Zelle ist, umso mehr NADH verbraucht sie. NADH ist daher auch hinsichtlich der Photometrie ein interessanter Kandidat, da er neben seinem universellen Vorkommen auch mit den Werkzeugen der Fluoreszenz unterscheidbares Verhalten zeigt. So zeigt NADH bei einer Wellenlänge von 340nm ein Absorptionsmaximum, im Gegensatz zu NAD. Hieraus können sich Rückschlüsse über die Stoffwechselaktivität ziehen lassen.For example, nicotinamide adenine dinucleotide (abbreviated to NAD/NADH or coenzyme 1) is a hydride ion (two-electron/one-proton) donating coenzyme involved in numerous redox reactions of cell metabolism. It serves as an oxidizing agent and plays a central role in the breakdown of carbohydrates, for example. NADH is sometimes referred to as the "carrier of life energy". How essential NADH is to all life is shown by the fact that it is present in practically every human, animal or plant cell, so that the more active a cell is, the more NADH it uses. NADH is therefore also an interesting candidate with regard to photometry, since, in addition to its universal occurrence, it also shows distinguishable behavior with the tools of fluorescence. NADH shows an absorption maximum at a wavelength of 340 nm, in contrast to NAD. From this, conclusions can be drawn about the metabolic activity.
Neben NADH kristallisiert sich Collagen als Markersubstanz heraus. Diese Fluoreszenz kann bei richtiger und verständiger Auswertung als wichtiger Indikator des Zellmetabolismus, des Redoxzustandes sowie für Sauerstoffmangel in der Atmungskette herangezogen werden. Ein Anstieg der NADH-Konzentration und somit dessen Fluoreszenz deutet beispielsweise auf eine verminderte Gewebeaktivität und damit einhergehenden niedrigen NADH-Verbrauch hin. Umgekehrt lässt eine verminderte NADH-Konzentration im Gewebe auf einen Anstieg der metabolen Zellaktivität schließen. Diesen Sachverhalt kann man sich in der Lokalisation von Tumoren zu nutze machen.In addition to NADH, collagen crystallizes out as a marker substance. When evaluated correctly and intelligently, this fluorescence can be used as an important indicator of cell metabolism, the redox state and oxygen deficiency in the respiratory chain. An increase in the NADH concentration and thus its fluorescence indicates, for example, reduced tissue activity and the associated low NADH consumption. Conversely, a reduced NADH concentration in the tissue indicates an increase in metabolic cell activity. This fact can be used in the localization of tumors.
Als Hämoglobin wird ein eisenhaltiges, sauerstofftransportierendes Protein bezeichnet, das in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen) von Wirbeltieren vorkommt. Der Sauerstofftransport erfolgt über die Bindung an einen Eisenkomplex des Häm (Protopophyrin °IX). Das charakteristische Spektrum von sauerstoffbeladenem (Oxyhämoglobin) gegenüber sauerstoffunbeladenem (Desoxyhämoglobin) Hämoglobin zeigt, dass sich die Spektren größtenteils überlagern und man anhand des Spektrenverlaufs direkt Rückschlüsse über Durchblutung und Sauerstoffsättigung ziehen kann.Hemoglobin is an iron-containing, oxygen-carrying protein found in the erythrocytes (red blood cells) of vertebrates. Oxygen transport occurs via binding to an iron complex of heme (protopophyrin °IX). The characteristic spectrum of oxygen-loaded (oxyhemoglobin) versus oxygen-free (deoxyhemoglobin) hemoglobin shows that the spectra largely overlap and conclusions about blood flow and oxygen saturation can be drawn directly from the course of the spectra.
Die NADH/NADPH-Fluoreszenz ist ein wichtiger Indikator des Zellmetabolismus, des Redoxzustandes, sowie für Sauerstoffmangel und Störungen in der Atmungskette. Ein Anstieg der NADH-Konzentration und somit dessen Fluoreszenz deutet auf eine verminderte Gewebeaktivität und damit einhergehenden niedrigen NADH-Verbrauch hin. Im Gegenzug deutet eine verminderte NADH-Konzentration im Gewebe auf einen Anstieg der metabolen Zellaktivität hin. Genau diesen Sachverhalt macht man sich in der Tumorlokalisation zu Nutze, tumoröses Gewebe weist im Vergleich zu Normalgewebe eine erniedrigte NADH-Fluoreszenz auf.The NADH/NADPH fluorescence is an important indicator of cell metabolism, the redox state, as well as oxygen deficiency and disturbances in the respiratory chain. An increase in the NADH concentration and thus its fluorescence indicates reduced tissue activity and the associated low NADH consumption. Conversely, a reduced NADH concentration in the tissue indicates an increase in metabolic cell activity. It is precisely this fact that is used in tumor localization; tumorous tissue exhibits reduced NADH fluorescence compared to normal tissue.
Jedoch ist eine Messung der NADH-Fluoreszenz für eine mögliche in vivo Anwendung bei der Tumorlokalisation in inneren Organen bislang aufgrund der Baugröße der einzusetzenden Messgeräte nicht umsetzbar.However, a measurement of the NADH fluorescence for a possible in vivo application in the Tumor localization in internal organs has so far not been possible due to the size of the measuring devices to be used.
Basierend auf einer Plattformtechnologie (Signalerfassung und Kommunikation) soll nun ein flexibles und miniaturisiertes System vorgestellt werden, das gegenüber äußeren Einflüssen sehr robust ist.Based on a platform technology (signal acquisition and communication), a flexible and miniaturized system is now to be presented, which is very robust against external influences.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, mittels eines Systems tumoröses von gesundem Gewebe unterscheiden zu können. Unter tumorösem Gewebe können bösartige und gutartige Tumore im weitesten medizinischen Sinne verstanden werden.It is therefore an object of the invention to be able to distinguish between tumorous and healthy tissue by means of a system. Tumorous tissue can be understood to mean malignant and benign tumors in the broadest medical sense.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, verschiedene Messungen an einem Punkt des Gewebes so durchführen zu können, dass auch dasselbe Gewebe von den verschiedenen Messungen erfasst wird.It is also an object of the invention to be able to carry out different measurements at one point of the tissue in such a way that the same tissue is also covered by the different measurements.
Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bzw. den besonderen Vorteilen, die mit bestimmten Ausführungsformen erzielt werden.Other objects will emerge from the following description or the particular advantages that are achieved with certain embodiments.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Das Verfahren zum spektralen Analysieren einer Probe umfasst die folgenden Schritte. Zunächst wird eine Kanüle an die Probe angesetzt. Beispielsweise kann die Kanüle von einer verschieblichen Analysensondenhalterung gehalten und an dieser elektromotorisch an die Probe angesetzt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Kanüle per Hand an die Probe angestellt wird.The method of spectrally analyzing a sample includes the following steps. First, a cannula is attached to the sample. For example, the cannula can be held by a displaceable analysis probe holder and attached to the sample by an electric motor. However, it is also possible for the cannula to be placed against the sample by hand.
Das Ansetzen an die Probe kann entweder ein Anstellen an die Probe sein, wobei die Kanüle die Probe mit einer Messspitze flächig berührt, oder aber ein Einführen in die Probe, wobei die Kanüle zumindest mit der Messspitze in die Probe eindringt, insbesondere einsticht.The application to the sample can either be applied to the sample, with the cannula touching the sample over a large area with a measuring tip, or insertion into the sample, with the cannula penetrating, in particular piercing, at least with the measuring tip into the sample.
Ist die Kanüle an die Probe angesetzt, wird ein erster Lichtpuls erzeugt und der erste Lichtpuls in die Kanüle geleitet. Beispielsweise kann der erste Lichtpuls über einen ersten Lichtwellenleiter geleitet werden, der insbesondere direkt in die Kanüle geführt ist. Der erste Lichtpuls wird dabei in vorteilhafter Weise erzeugt, während die Kanüle an die Probe angesetzt ist und die Kanüle dabei nicht bewegt wird. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn die Kanüle möglichst keine Relativbewegung zu der Probe durchführt.If the cannula is attached to the sample, a first light pulse is generated and the first light pulse is guided into the cannula. For example, the first light pulse can be guided via a first optical waveguide, which in particular is guided directly into the cannula. The first light pulse is advantageously generated while the cannula is attached to the sample and the cannula is not being moved. In other words, it is advantageous if the cannula, as far as possible, does not move relative to the sample.
Die Probe wird dann mit dem ersten Lichtpuls durch die Kanüle hindurch bestrahlt bzw. beleuchtet. Bei dem ersten Lichtpuls kann es sich um ein kohärentes Lichtbündel oder auch um ein inkohärentes Lichtbündel handeln; Beide Arten haben Vorteile, weshalb es besonders bevorzugt vorgesehen ist, beide Arten zugleich einzusetzen.The sample is then irradiated or illuminated through the cannula with the first light pulse. The first light pulse can be a coherent light bundle or an incoherent light bundle; Both types have advantages, which is why it is particularly preferred to use both types at the same time.
Es wird weiter ein zweiter Lichtpuls, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist, erzeugt und dieser in die Kanüle geleitet. Die Probe wird dann mit dem zweiten Lichtpuls durch die Kanüle bestrahlt, wobei nach wie vor die Kanüle an die Probe angesetzt ist.A second light pulse, which is different from the first light pulse, is also generated and guided into the cannula. The sample is then irradiated with the second light pulse through the cannula while the cannula is still attached to the sample.
Auch die Spektralantwort des zweiten Lichtpulses wird ausgelesen, erst danach wird die Kanüle von der Probe abgesetzt.The spectral response of the second light pulse is also read out, only then is the cannula removed from the sample.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird während die Kanüle an die Probe angesetzt ist auch ein dritter Lichtpuls erzeugt, der von dem ersten und dem zweiten Lichtpuls verschiedenartig ist. Auch der dritte Lichtpuls wird in die Kanüle geleitet.In a preferred embodiment, while the cannula is attached to the sample, a third light pulse is also generated, which is different from the first and the second light pulse. The third light pulse is also guided into the cannula.
Noch während die Kanüle an die Probe angesetzt ist wird die Probe mit dem dritten Lichtpuls durch die Kanüle bestrahlt bzw. beleuchtet. Auch die Spektralantwort des dritten Lichtpulses wird ausgelesen, danach erfolgt das Absetzen der Kanüle von der Probe.While the cannula is still attached to the sample, the sample is irradiated or illuminated through the cannula with the third light pulse. The spectral response of the third light pulse is also read out, after which the cannula is removed from the sample.
Eine multispektrale Analysensonde zur Analyse verschiedener Spektralbereiche einer Probe umfasst eine Kanüle an einer Probenseite der multispektralen Analysensonde. Die Probenseite ist dabei die der Probe zugewandte Seite.A multispectral analysis probe for analyzing different spectral ranges of a sample includes a cannula on a sample side of the multispectral analysis probe. The sample side is the side facing the sample.
Mit der Kanüle können optische Leiter umhäust werden. In einer einfachen Ausführungsform entspricht die Kanüle einer Hülse bzw. einem zylindrischen Rohrstück mit einer Öffnung auf der von der Probe abgewandten Seite oder mit beidseitigen Öffnungen. Auf der von der Probe abgewandten Seite können beispielsweise optische Leiter durch die Öffnung in die Kanüle eingesetzt werden.Optical conductors can be encapsulated with the cannula. In a simple embodiment, the cannula corresponds to a sleeve or a cylindrical tube piece with an opening on the side facing away from the sample or with openings on both sides. On the side facing away from the sample, for example, optical conductors can be inserted through the opening in the cannula.
An der Probenseite der multispektralen Analysensonde befindet sich eine Messspitze. Mit anderen Worten kann die Probenseite der multispektralen Analysensonde von einer Messspitze gebildet sein. Bei der Messspitze kann es sich entweder um einen Stopfen oder einen Aufsatz handeln, der lichtdurchgängig ausgebildet ist, so dass eine spektrale Beobachtung der Probe durch die Messspitze hindurch ermöglicht ist.A measuring tip is located on the sample side of the multispectral analysis probe. In other words, the sample side of the multispectral analysis probe can be formed by a measuring tip. The measuring tip can either be a stopper or an attachment that is designed to allow light to pass through, so that a spectral observation of the sample through the measuring tip is made possible.
In der Messspitze kann auch eine Lichtoptik eingesetzt sein. Beispielsweise kann die Messspitze so gestaltet sein, dass sie die durchgehende Strahlung bündelt.Light optics can also be used in the measuring tip. For example, the measuring tip be designed in such a way that it focuses the radiation that passes through it.
Die Messspitze kann ferner eine unterschiedlich gestaltete Oberfläche haben. Die Messspitze kann flach ausgebildet sein. Mit einer flachen Messspitze kann insbesondere eine Oberfläche der Probe abgetastet werden. Mit anderen Worten kann die flache Messspitze an eine Probe angestellt, also insbesondere angedrückt, werden, wobei die flache Messspitze nicht in die Probe eindringt, da sie eine flache Oberfläche aufweist. Eine solche Form der Messspitze ist vorteilhaft, wenn beispielsweise die Oberfläche der Probe analysiert werden soll, wie dies insbesondere bei Biopsien durchgeführt wird.
Andererseits kann die Messspitze spitz ausgebildet sein, so dass die Messspitze und zum Eindringen in die Oberfläche der Probe geeignet ist. Mit anderen Worten ist in diesem Fall die Messspitze angeschliffen, angeschrägt oder ganz allgemein gespitzt oder geschärft, so dass eine sich zur Spitze hin verjüngende Struktur ausbildet, die besonders einfach in die Probe eindringen kann. Insbesondere kann die Messspitze die Form einer Nadelspitze haben und ähnlich wie beispielsweise eine Nadel zur Blutentnahme in Gewebe eingestochen werden.The measuring tip can also have a differently designed surface. The measuring tip can be flat. In particular, a surface of the sample can be scanned with a flat measuring tip. In other words, the flat measuring tip can be placed against a sample, ie in particular pressed, with the flat measuring tip not penetrating into the sample since it has a flat surface. Such a shape of the measuring tip is advantageous if, for example, the surface of the sample is to be analyzed, as is carried out in particular in the case of biopsies.
On the other hand, the measuring tip can be formed with a pointed tip, so that the measuring tip and is suitable for penetrating into the surface of the sample. In other words, in this case the measuring tip is ground, beveled or quite generally pointed or sharpened, so that a structure which tapers towards the tip is formed and which can penetrate the sample particularly easily. In particular, the measuring tip can have the shape of a needle tip and can be pierced into tissue in a manner similar to, for example, a needle for taking blood.
Die multispektrale Analysensonde umfasst bevorzugt einen ersten Lichtwellenleiter zum Transport eines ersten Lichtpulses. Der Lichtwellenleiter ist somit geeignet, einen photonischen Puls eines bestimmten Frequenzbereiches oder einer bestimmten Frequenz von einem Ort zu einem anderen zu transportieren. Prinzipiell eignen sich hierfür dem Fachmann bekannte Kunststoffstäbe, in die die Lichtwellen einkoppeln können. Bevorzugt werden aufgrund der besseren Flexibilität jedoch auch im Allgemeinen als Lichtwellenleiter bezeichnete flexible Materialien, insbesondere faseroptische Leiter. In Lichtwellenleiter können an einer ersten Seite Lichtwellen einkoppeln und an der zweiten, der ersten gegenüberliegenden, Seite wieder auskoppeln. Der wohl als bekanntester Vertreter dieser Art zu bezeichnende Lichtwellenleiter ist eine Glasfaserleitung. Auch eine Quarzfaserleitung kann je nach Einsatzfrequenz oder -spektrum vorteilhaft sein.The multispectral analysis probe preferably includes a first optical waveguide for transporting a first light pulse. The optical waveguide is thus suitable for transporting a photonic pulse of a specific frequency range or a specific frequency from one location to another. In principle, plastic rods known to those skilled in the art are suitable for this purpose, into which the light waves can be coupled. Due to the better flexibility, however, flexible materials generally referred to as optical waveguides, in particular fiber-optic conductors, are preferred. In optical waveguides, light waves can couple in on a first side and couple out again on the second side, which is opposite the first. The most well-known representative of this type of fiber optic cable is a fiber optic cable. A quartz fiber line can also be advantageous depending on the frequency or spectrum used.
Die multispektrale Analysensonde umfasst ferner einen zweiten Lichtwellenleiter zum Transport eines zweiten Lichtpulses, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist. Der erste und der zweite Lichtpuls werden durch die Kanüle an die Messspitze geleitet, um eine Spektralantwort an oder in der Probe zu erzeugen. Mit anderen Worten wird ein Lichtpuls an die Messspitze herangeführt und an die Probe abgegeben, um aus dem an die Probe abgegebenen Lichtpuls eine Spektralantwort zu erhalten.The multispectral analysis probe also includes a second optical waveguide for transporting a second light pulse, which is different from the first light pulse. The first and second light pulses are directed through the cannula to the probe tip to generate a spectral response on or in the sample. In other words, a light pulse is brought to the measuring tip and delivered to the sample in order to obtain a spectral response from the light pulse delivered to the sample.
Die Messspitze kann zur Verbesserung der Eindringung in die Oberfläche der Probe mittels eines Facettenschliffs, eines Hinterschliffs oder einen Einfachschliffs versehen sein. Mit anderen Worten ist die Messspitze geschliffen, so dass die multispektrale Analysensonde in die Probe eingestochen werden kann.To improve penetration into the surface of the sample, the measuring tip can be provided with a facet cut, a relief cut or a single cut. In other words, the measuring tip is ground so that the multispectral analysis probe can be inserted into the sample.
Der Außendurchmesser der Kanüle beträgt in vorteilhafter Weise größer gleich 0,3 mm, bevorzugt größer gleich 0,6 oder 0,8 mm. Je größer der Außendurchmesser der Kanüle ist, desto einfacher lassen sich Lichtwellenleiter in der Kanüle anordnen, beziehungsweise desto mehr Lichtwellenleiter lassen sich in der Kanüle anordnen.The outer diameter of the cannula is advantageously greater than or equal to 0.3 mm, preferably greater than or equal to 0.6 or 0.8 mm. The larger the outer diameter of the cannula, the easier it is to arrange optical waveguides in the cannula, or the more optical waveguides can be arranged in the cannula.
Andererseits beträgt der Außendurchmesser der Kanüle bevorzugt kleiner gleich 4,0 mm, weiter bevorzugt kleiner gleich 2,0 oder sogar 1,5 mm. Eine Obergrenze für den Außendurchmesser der Kanüle ist von Bedeutung, da damit einerseits der durchleuchtete Bereich der Probe begrenzt und somit enger definiert werden kann. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn kleine Tumore beobachtet werden sollen, bei denen bei einer zu großen Kanüle auch gesundes umliegendes Gewebe analysiert würde. Die Obergrenze für den Außendurchmesser der Kanüle ist ferner auch von Vorteil, falls die Kanüle zum Eindringen in die Probe ausgelegt wird. Die Kanüle kann beispielsweise in tumoröses Gewebe eindringen. Ähnlich wie eine gewöhnliche Nadel, die in die Haut eingestochen wird, hat auch die Kanüle beim Eindringen oder Einstechen in die Probe das Material der Probe, also insbesondere das Gewebe, zu verdrängen. Der Verdrängungsvorgang erzeugt einen Eindringwiderstand, der bei kleinerem Durchmesser der Kanüle verringert ist.On the other hand, the outer diameter of the cannula is preferably less than or equal to 4.0 mm, more preferably less than or equal to 2.0 or even 1.5 mm. An upper limit for the outer diameter of the cannula is important, since on the one hand the X-rayed area of the sample can be limited and thus defined more narrowly. This is particularly advantageous when small tumors are to be observed, where healthy surrounding tissue would also be analyzed if the cannula was too large. The upper limit on the outer diameter of the cannula is also advantageous if the cannula is designed to penetrate the sample. For example, the cannula can penetrate tumorous tissue. Similar to an ordinary needle that is pierced into the skin, the cannula also has to displace the material of the sample, ie in particular the tissue, when it penetrates or pierces the sample. The displacement process creates a resistance to penetration, which is reduced with a smaller diameter of the cannula.
Die Wandstärke der Kanüle muss groß genug sein, der Belastung, insbesondere der lateralen „Knickbelastung“, beim Anstellen an die Probe zu widerstehen, um die Kanüle bzw. die multispektrale Analysensonde vor Bruch zu bewahren. Andererseits ist eine dünne Wandung zur Erlangung eines geringen Außendurchmessers vorteilhaft. Die Wandstärke der Kanüle ist das bevorzugt größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 0,3 mm. Somit kann die Kanüle insgesamt einen geringen Außendurchmesser aufweisen, zugleich verbleibt aber hinreichend Raum im Inneren der Kanüle zur Beherbergung der Lichtwellenleiter.The wall thickness of the cannula must be large enough to withstand the load, especially the lateral "buckling load", when it is placed on the sample in order to protect the cannula or the multispectral analysis probe from breaking. On the other hand, a thin wall is advantageous for achieving a small outside diameter. The wall thickness of the cannula is preferably greater than or equal to 0.1 mm and less than or equal to 0.3 mm. The cannula can thus have a small outer diameter overall, but at the same time there is sufficient space inside the cannula for accommodating the optical waveguides.
Der erste Lichtpuls und der zweite Lichtpuls können im Wesentlichen gleichzeitig oder in einem kurzen Zeitintervall nacheinander über die Kanüle an die Probe abgegeben werden. Mit anderen Worten werden der erste und der zweite Lichtpuls mit derart geringem zeitlichen Abstand an die Probe abgegeben, dass die Spektralantwort auf den jeweiligen Lichtpuls gerade noch dem zugehörigen Lichtpuls zugeordnet werden kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist es auch möglich, den ersten und zweiten Lichtpuls gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig an die Probe abzugeben und ggf. sogar nur eine gemeinsame, überlagerte Spektralantwort zu erhalten. Ziel ist, dass die Lichtpulse im Wesentlichen auf dasselbe Probenmaterial abgegeben werden. Je näher der zeitliche Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtpuls, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich zwischenzeitlich die Probe oder die multispektrale Analysensonde eine Bewegung durchläuft, es insbesondere also zu einer Relativbewegung zwischen Probe und Sonde kommt. Andererseits kann es je nach Auslegung der Auswerteelektronik zur Auswertung der Spektralantworten auf die Lichtpulse vorteilhaft sein, dass die Lichtpulse als getrennte Pulse aufgezeichnet und analysiert werden können. Ggf. werden die Lichtpulse von verschiedenen Auswerteelektroniken ausgewertet und können in diesem Fall über Lichtwellenleiter der jeweiligen Auswerteelektronik zugeführt werden.The first light pulse and the second light pulse can be delivered to the sample via the cannula essentially simultaneously or in a short time interval one after the other. In other words, the first and the second light pulse are emitted to the sample with such a short time interval that the spectral response to the respective light pulse just barely corresponds to the associated light pulse can be assigned. In an advantageous embodiment, it is also possible to emit the first and second light pulses simultaneously or essentially simultaneously to the sample and possibly even to obtain only a common, superimposed spectral response. The aim is that the light pulses are essentially emitted onto the same sample material. The closer the time interval between the first and the second light pulse, the lower the probability that the sample or the multispectral analysis probe will move in the meantime, ie in particular that there will be a relative movement between the sample and the probe. On the other hand, depending on the design of the evaluation electronics for evaluating the spectral responses to the light pulses, it can be advantageous for the light pulses to be recorded and analyzed as separate pulses. If necessary, the light pulses are evaluated by different evaluation electronics and in this case can be fed to the respective evaluation electronics via optical waveguides.
In einer besonderen Ausgestaltung kann die multispektrale Analysensonde einen Lichtmischer umfassen, wobei der erste Lichtwellenleiter den ersten Lichtpuls und der zweite Lichtwellenleiter den zweiten Lichtpuls in den Lichtmischer einkoppelt und der erste und der zweite Lichtpuls über einen gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet werden. Mit anderen Worten werden die Lichtpulse vor der Messspitze, insbesondere vor der Kanüle, in den Lichtmischer eingekoppelt und in dem gemeinsamen Lichtmischerleiter gleichzeitig oder nacheinander übertragen. Der Lichtmischer kann in einer einfachen Ausführungsform in der Nähe der Quellen angeordnet sein. Es hat sich jedoch aufgrund von beobachtetem Dämpfungsverhalten als vorteilhaft erwiesen, den Lichtmischer an oder in der Nähe der Kanüle anzuordnen, so dass zwischen Lichtmischer und Messspitze (Probe) eine möglichst kurze Distanz vom Licht zu überbrücken ist.In a particular embodiment, the multispectral analysis probe can include a light mixer, with the first optical fiber coupling the first light pulse and the second optical fiber coupling the second light pulse into the light mixer, and the first and second light pulses being passed on via a common optical mixer conductor through the cannula for delivery to the sample become. In other words, the light pulses are coupled into the light mixer in front of the measuring tip, in particular in front of the cannula, and are transmitted simultaneously or one after the other in the common light mixer conductor. In a simple embodiment, the light mixer can be arranged in the vicinity of the sources. However, due to the damping behavior observed, it has proven to be advantageous to arrange the light mixer on or near the cannula, so that the light can bridge the shortest possible distance between the light mixer and the measuring tip (sample).
Der Lichtmischerleiter ist bevorzugt in die Kanüle eingesetzt, er endet bevorzugt in der Kanüle unmittelbar an der Messspitze oder bildet ggf. einen Teil der Messspitze.The light mixer conductor is preferably inserted into the cannula, it preferably ends in the cannula directly at the measuring tip or possibly forms part of the measuring tip.
Ein Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters kann in die Kanüle eingesetzt sein und beispielsweise unmittelbar an der Messspitze enden. Der erste Lichtwellenleiter kann auch einen Teil der Messspitze bilden. Mit anderen Worten grenzt das Kanülenende des Lichtwellenleiters in dieser Ausführungsform unmittelbar an die Messspitze, die beispielsweise aus optisch leitendem Material ausgeführt ist. In der weiteren Ausführungsform ist der erste Lichtwellenleiter selbst bis an den Rand der Probenseite der Kanüle geführt, so dass das Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters beim Ansetzen der Kanüle an die Probe selbst die Probe unmittelbar berührt. Sofern das Kanülenende des ersten Lichtwellenleiters die Probe unmittelbar berührt, kann die Anzahl der optischen Grenzflächen in der Kanüle weiter verringert werden, da das Licht im ersten Lichtwellenleiter bis zum Kanülenende propagieren kann und dort unmittelbar in die Probe austritt, ohne durch weiteres Material zu laufen.A cannula end of the first optical waveguide can be inserted into the cannula and, for example, end directly at the measuring tip. The first optical waveguide can also form part of the measuring tip. In other words, in this embodiment, the cannula end of the optical fiber is directly adjacent to the measuring tip, which is made of optically conductive material, for example. In the further embodiment, the first optical waveguide itself is guided up to the edge of the sample side of the cannula, so that the cannula end of the first optical waveguide directly touches the sample when the cannula is attached to the sample. If the cannula end of the first optical waveguide touches the sample directly, the number of optical interfaces in the cannula can be further reduced, since the light in the first optical waveguide can propagate to the cannula end and exit directly into the sample without running through other material.
Auch der zweite Lichtwellenleiter kann ein Kanülenende aufweisen, welches in die Kanüle eingesetzt ist und unmittelbar an der Messspitze endet oder einen weiteren Teil der Messspitze bildet.The second optical waveguide can also have a cannula end, which is inserted into the cannula and ends directly at the measuring tip or forms another part of the measuring tip.
Die multispektrale Analysensonde kann ferner einen dritten Lichtwellenleiter zum Transport eines, von dem ersten und dem zweiten Lichtpuls verschiedenen, dritten Lichtpulses aufweisen. Auch der dritte Lichtpuls wird durch die Kanüle an die Messspitze geleitet, um eine Spektralantwort an oder in der Probe zu erzeugen. Mit anderen Worten wird mit einem dritten Lichtpuls eine weitere, verschiedenartige Spektralantwort von insbesondere exakt derselben Stelle der Probe erhalten, so dass eine Überlagerung der Analyseergebnisse der Spektralantwort des dritten Lichtpulses mit den Analyseergebnissen der Spektralantworten des ersten und zweiten Lichtpulses ggf. neue, weitere Informationen über die Probe bereitstellt.The multispectral analysis probe can also have a third optical waveguide for transporting a third light pulse that is different from the first and second light pulses. The third light pulse is also guided through the cannula to the measuring tip in order to generate a spectral response on or in the sample. In other words, with a third light pulse, a further, different spectral response is obtained, in particular from exactly the same point on the sample, so that superimposing the analysis results of the spectral response of the third light pulse with the analysis results of the spectral responses of the first and second light pulses may provide new, additional information about provides the sample.
Auch der dritte Lichtwellenleiter der multispektralen Analysensonde kann den dritten Lichtpuls in den Lichtmischer einkoppeln. In dieser Ausführungsform wird der erste, der zweite und der dritte Lichtpuls über den gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet.The third optical waveguide of the multispectral analysis probe can also couple the third light pulse into the light mixer. In this embodiment, the first, second and third light pulses are passed through the cannula via the common light mixer fiber for delivery to the sample.
In die Kanüle ist bevorzugt ein vierter Lichtwellenleiter eingesetzt um die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten. Mit anderen Worten ist neben dem oder den Lichtwellenleitern zum Zuführen eines optischen Signals zu der Probe auch ein Lichtwellenleiter zum Abführen der Spektralantwort von der Probe in der Kanüle beherbergt. Bevorzugt existiert zu jedem zuführenden Lichtwellenleiter auch ein abführender Lichtwellenleiter.A fourth optical waveguide is preferably inserted into the cannula in order to conduct the spectral response to the first light pulse from the cannula. In other words, in addition to the optical waveguide(s) for supplying an optical signal to the sample, an optical waveguide for removing the spectral response from the sample is also accommodated in the cannula. There is preferably also an outgoing optical waveguide for each incoming optical waveguide.
In die Kanüle kann somit ein fünfter Lichtwellenleiter eingesetzt sein, um die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten. In die Kanüle kann auch ein sechster Lichtwellenleiter eingesetzt sein um die Spektralantwort auf den dritten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten.A fifth optical waveguide can thus be inserted into the cannula in order to guide the spectral response to the second light pulse out of the cannula. A sixth optical waveguide can also be inserted into the cannula in order to conduct the spectral response to the third light pulse from the cannula.
Die Lichtwellenleiter können bevorzugt nebeneinander in der Kanüle eingesetzt sein. Mit anderen Worten werden die Lichtwellenleiter von der der Probe gegenüberliegenden Seite parallel zueinander und als Leiterbündel dicht gepackt in die Kanüle geführt, so dass ein enges platzsparendes Bündel vorliegt und der Außendurchmesser der Kanüle weiter verringert werden kann.The optical waveguides can preferably be used side by side in the cannula. In other words, the optical fibers of on the side opposite to the sample are fed parallel to each other and tightly packed as a bundle of conductors into the cannula, so that there is a narrow, space-saving bundle and the outer diameter of the cannula can be further reduced.
In einer besonderen Ausführungsform sind der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Lichtwellenleiter sowie der Lichtmischerleiter nebeneinander in der Kanüle eingesetzt, so dass die Einzelzuführung der Lichtpulse alternativ zu der Zuführung durch den Lichtmischerleiter an der Probe durchgeführt werden kann, ohne die multispektrale Analysensonde von der Probe abzusetzen.In a particular embodiment, the first, second, third, fourth, fifth and sixth optical waveguide and the light mixer conductor are used side by side in the cannula, so that the individual delivery of the light pulses can be carried out on the sample as an alternative to delivery through the light mixer conductor, without the multispectral Remove the analysis probe from the sample.
Der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Lichtwellenleiter sowie der Lichtmischerleiter können mit dem jeweiligen Kanülenende gemeinsam die Messspitze der multispektralen Analysensonde bilden. Mit anderen Worten kommen die Kanülenenden der nebeneinander liegenden Lichtwellenleiter an der Probenseite der Kanüle in dieser Ausführungsform so zu liegen, dass die Lichtwellenleiter beim Ansetzen der multispektralen Analysensonde an eine Probe unmittelbaren Kontakt mit der Probe eingehen.The first, second, third, fourth, fifth and sixth optical waveguide as well as the light mixer conductor can together form the measuring tip of the multispectral analysis probe with the respective end of the cannula. In other words, the cannula ends of the optical waveguides lying next to one another on the sample side of the cannula come to rest in this embodiment in such a way that the optical waveguides come into direct contact with the sample when the multispectral analysis probe is placed on a sample.
Die Lichtwellenleiter, also insbesondere der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischerleiter, umfassen in einer bevorzugten Ausführungsform faseroptische Leiter, also flexible Leiterfäden, in die optisches Licht einkoppeln und sich entlang des faseroptischen Leiters ausbreiten kann. Hierunter sind insbesondere Glasfaserleitungen oder Quarzfaserleitungen zu verstehen.In a preferred embodiment, the optical waveguides, i.e. in particular the first, second, third, fourth, fifth, sixth optical waveguide and/or the light mixer cable, comprise fiber-optic cables, i.e. flexible fiber optics, into which optical light can be coupled and propagated along the fiber-optic cable. This is to be understood in particular as glass fiber lines or quartz fiber lines.
Die Lichtwellenleiter, also insbesondere die faseroptischen Leiter, insbesondere der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischerleiter, haben bevorzugt einen Durchmesser größer gleich 0,05 mm, insbesondere größer gleich 0,1 mm. Es hat sich in Experimenten zur Erforschung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung nämlich herausgestellt, dass diese Durchmesser eine höhere Ausbeute der spektralen Antwort ermöglichen.The light waveguides, ie in particular the fiber optic guides, in particular the first, second, third, fourth, fifth, sixth light waveguide and/or the light mixer guide, preferably have a diameter greater than or equal to 0.05 mm, in particular greater than or equal to 0.1 mm. In fact, it has been found in experiments to explore the principles of the present invention that these diameters allow a higher yield of the spectral response.
Die Lichtwellenleiter, also insbesondere die faseroptischen Leiter, insbesondere der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischerleiter, haben andererseits bevorzugt einen Durchmesser kleiner gleich 1,0 mm, insbesondere kleiner gleich 0,4 mm. Dies ist als Kompromiss gefunden worden, um bei einer möglichst hohen Ausbeute der spektralen Antwort eine vertretbare kleine Größe des Durchmessers der Fasern zu ermöglichen, so dass der Gesamtaußendurchmesser der Kanüle nicht zu groß wird und die Kanüle dadurch in ihrer Handhabbarkeit beeinträchtigt wird.The optical waveguides, i.e. in particular the fiber-optical conductors, in particular the first, second, third, fourth, fifth, sixth optical waveguide and/or the optical mixer conductor, on the other hand preferably have a diameter of less than or equal to 1.0 mm, in particular less than or equal to 0.4 mm. This was found as a compromise in order to allow a reasonable small size of the diameter of the fibers with the highest possible yield of the spectral response, so that the overall outer diameter of the cannula does not become too large and the cannula is thereby impaired in its handling.
Die multispektrale Analysensonde kann eine verschiebliche Analysensondenhalterung zum Befestigen der Kanüle und zum Positionieren der Kanüle an der Probe umfassen. Mit anderen Worten kann es sich hierbei um ein Linearsystem beispielsweise in Form eines motorisch betriebenen Schlittens auf einer Schiene handeln, welcher zu Einstellzwecken auf der Schiene beweglich ist.The multispectral analysis probe may include a slidable analysis probe mount for attaching the cannula and for positioning the cannula on the sample. In other words, this can be a linear system, for example in the form of a motor-driven slide on a rail, which can be moved on the rail for adjustment purposes.
Der erste Lichtwellenleiter kann ein Quellende zum Verbinden des ersten Lichtwellenleiters mit einer ersten Lichtquelle umfasst. Mit anderen Worten ist der Lichtwellenleiter direkt über sein Quellende mit der ersten Lichtquelle verbunden. Hierdurch kann die Zahl der optischen Bauteile weiter minimiert werden und somit die Transmission, also die Durchlässigkeit der Lichtsignalübertragung zu der Kanüle weiter verbessert werden.The first optical fiber may include a source end for connecting the first optical fiber to a first light source. In other words, the optical fiber is directly connected to the first light source via its source end. As a result, the number of optical components can be further minimized and thus the transmission, ie the permeability of the light signal transmission to the cannula, can be further improved.
Auch der zweite Lichtwellenleiter kann ein Quellende zum Verbinden des zweiten Lichtwellenleiters mit einer zweiten Lichtquelle umfassen.The second optical waveguide can also comprise a source end for connecting the second optical waveguide to a second light source.
Im Übrigen kann auch der dritte Lichtwellenleiter ein Quellende zum Verbinden des dritten Lichtwellenleiters mit einer dritten Lichtquelle umfassen.Moreover, the third optical waveguide can also include a source end for connecting the third optical waveguide to a third light source.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der vierte Lichtwellenleiter ein Ausgabeende zum Verbinden des vierten Lichtwellenleiters mit einem ersten Auswertegerät. Auch hier gilt der lichtoptische Grundsatz, möglichst wenig optische Bauteile in den Strahlweg zu platzieren, um die Ausbeute an Licht möglichst hoch zu halten. Eine unmittelbare Verbindung des vierten Lichtwellenleiters mit dem ersten Auswertegerät ist daher vorteilhaft.In a preferred embodiment, the fourth optical waveguide comprises an output end for connecting the fourth optical waveguide to a first evaluation device. Here, too, the light-optical principle applies to place as few optical components as possible in the beam path in order to keep the light yield as high as possible. A direct connection of the fourth optical waveguide to the first evaluation device is therefore advantageous.
Auch der fünfte Lichtwellenleiter kann ein Ausgabeende zum Verbinden des fünften faseroptischen Leiters mit dem ersten oder einem zweiten Auswertegerät umfassen. Mit anderen Worten kann der fünfte Lichtwellenleiter an dasselbe Auswertegerät wie der vierte Lichtwellenleiter angeschlossen sein. Dies kann der Fall sein, wenn das erste Auswertegerät dazu eingerichtet ist, mehrere Signaleingänge vorzuhalten, so dass mit einem Auswertegerät mehrere Spektralantworten verarbeitet werden können.The fifth optical fiber can also have an output end for connecting the fifth fiber-optic cable to the first or a second evaluation device. In other words, the fifth optical fiber can be connected to the same evaluation device as the fourth optical fiber. This can be the case if the first evaluation device is set up to provide a number of signal inputs, so that a number of spectral responses can be processed with one evaluation device.
Auch der sechste Lichtwellenleiter kann ein Ausgabeende zum Verbinden des sechsten faseroptischen Leiters mit dem ersten oder einem dritten Auswertegerät umfasst.The sixth optical fiber can also have an output end for connecting the sixth fiber-optic cable to the first or a third evaluation device.
Ein Analysesystem mit einer multispektralen Analysensonde zur Analyse verschiedener Spektralbereiche einer Probe umfasst eine erste optische Quelle zur Erzeugung eines ersten Lichtpulses. Die erste optische Quelle ist bevorzugt beabstandet von der Kanüle angeordnet.An analysis system with a multispectral analysis probe for analyzing different spectral ranges of a sample includes a first optical one Source for generating a first light pulse. The first optical source is preferably spaced from the cannula.
Das Analysesystem mit multispektraler Analysensonde zur Analyse verschiedener Spektralbereiche der Probe umfasst ferner eine zweite optische Quelle zur Erzeugung eines zweiten Lichtpulses, der von dem ersten Lichtpuls verschiedenartig ist.The analysis system with a multispectral analysis probe for analyzing different spectral ranges of the sample also includes a second optical source for generating a second light pulse, which differs from the first light pulse.
Das Analysesystem umfasst weiterhin eine Kanüle an einer Probenseite der multispektralen Analysensonde zur Beherbergung von optischen Leitern sowie eine Messspitze an der Probenseite der multispektralen Analysensonde.The analysis system also includes a cannula on a sample side of the multispectral analysis probe for accommodating optical conductors and a measuring tip on the sample side of the multispectral analysis probe.
Die erste optische Quelle und die zweite optische Quelle sind dabei mit der Kanüle verbunden, um die Lichtpulse an die Messspitze zu senden.The first optical source and the second optical source are connected to the cannula in order to send the light pulses to the measuring tip.
Bevorzugt werden der erste Lichtpuls der ersten optischen Quelle und der zweite Lichtpuls der zweiten optischen Quelle im Wesentlichen gleichzeitig oder in einem kurzen Zeitintervall nacheinander über die Kanüle an die Probe abgegeben, so dass die Lichtpulse im Wesentlichen auf dasselbe Probenmaterial abgegeben werden.The first light pulse from the first optical source and the second light pulse from the second optical source are preferably delivered to the sample essentially simultaneously or in a short time interval one after the other via the cannula, so that the light pulses are delivered essentially to the same sample material.
In einer Ausführungsform ist ein Lichtmischer umfasst, wobei der erste Lichtwellenleiter den ersten Lichtpuls und der zweite Lichtwellenleiter den zweiten Lichtpuls in den Lichtmischer einkoppelt und der erste und der zweite Lichtpuls über einen gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet werden.In one embodiment, a light mixer is included, wherein the first optical waveguide couples the first light pulse and the second optical waveguide couples the second light pulse into the light mixer, and the first and second light pulses are passed on via a common light mixer guide through the cannula for delivery to the sample.
Das Analysesystem kann ferner einen ersten Lichtwellenleiter mit einem Quellende umfassen, wobei das Quellende des ersten Lichtwellenleiters mit der ersten Lichtquelle verbunden ist.The analysis system may further include a first optical fiber having a source end, the source end of the first optical fiber being connected to the first light source.
Das Analysesystem kann auch einen zweiten Lichtwellenleiter mit einem Quellende umfassen, wobei das Quellende des zweiten Lichtwellenleiters mit der zweiten Lichtquelle verbunden ist.The analysis system may also include a second optical fiber having a source end, the source end of the second optical fiber being connected to the second light source.
Das Analysesystem kann nun noch ferner eine dritte optische Quelle zur Erzeugung eines dritten Lichtpulses umfassen, der sowohl von dem ersten Lichtpuls als auch von dem zweiten Lichtpuls verschiedenartig ist.
In dieser Ausführungsform ist ferner bevorzugt ein dritter Lichtwellenleiter mit einem Quellende umfasst, wobei das Quellende des dritten Lichtwellenleiters mit der dritten Lichtquelle verbunden ist.The analysis system can now also further comprise a third optical source for generating a third light pulse, which is different from both the first light pulse and the second light pulse.
In this embodiment, a third optical fiber having a source end is preferably further included, the source end of the third optical fiber being connected to the third light source.
Die erste optische Quelle kann beispielsweise eine Fluoreszenzlichtquelle sein.The first optical source can be a fluorescent light source, for example.
Die zweite optische Quelle kann beispielsweise eine visuelle Lichtquelle, insbesondere eine Halogenlichtquelle, sein.The second optical source can be, for example, a visual light source, in particular a halogen light source.
Die dritte optische Quelle kann schließlich eine Nahinfrarotlichtquelle ist.Finally, the third optical source may be a near-infrared light source.
In einer bestimmten Ausführungsform werden die drei Lichtquellen in der vorbezeichneten Ausführung gemeinsam verwendet, so dass eine Fluoreszenzlichtquelle, eine visuelle Lichtquelle und eine Nahinfrarotlichtquelle gleichzeitig eingesetzt werden. Bevorzugt können alle drei verschiedenartigen Lichtpulse der verschiedenartigen Lichtquellen gleichzeitig in die multispektrale Analysensonde zur Weiterleitung an die Probe eingestrahlt werden.In a specific embodiment, the three light sources in the above embodiment are used together so that a fluorescent light source, a visual light source, and a near-infrared light source are used simultaneously. All three different types of light pulses from the different types of light sources can preferably be radiated simultaneously into the multispectral analysis probe for transmission to the sample.
Die erste optische Quelle gibt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 400 nm ab.The first optical source preferably emits light in the wavelength range from 300 nm to 400 nm.
Die zweite optische Quelle gibt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 1200 nm, insbesondere zwischen 700 und 1200 nm, ab.The second optical source preferably emits light in the wavelength range between 300 nm and 1200 nm, in particular between 700 and 1200 nm.
Die dritte optische Quelle gibt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich zwischen 1200 nm und 2200 nm ab.The third optical source preferably emits light in the wavelength range between 1200 nm and 2200 nm.
Mit anderen Worten geben die erste, zweite und dritte Lichtquelle zueinander verschiedenartige Lichtpulse ab, da jede Lichtquelle in einem anderen Frequenzbereich abstrahlt. Jedoch ist es auch interessant und somit bevorzugt, dass beispielsweise die erste Lichtquelle inkohärentes Licht abgibt, die zweite Lichtquelle dagegen kohärentes Licht und die Lichtpulse vor diesem Hintergrund verschiedenartig sind.In other words, the first, second and third light sources emit light pulses of different types to one another, since each light source emits in a different frequency range. However, it is also interesting and therefore preferred that, for example, the first light source emits incoherent light, while the second light source emits coherent light and the light pulses are of different types against this background.
Diese Eigenschaften der Lichtquellen können ggf. auch während des Bestrahlungsvorganges der Probe geändert werden. Wesentlich ist, dass die Strahlung der ersten Lichtquelle von der Strahlung der zweiten Lichtquelle verschiedenartig ist, so dass bei einer Analyse der Spektralantwort aus der Probe unterschiedliche Ergebnisse aus den Spektralantworten extrahiert werden können und die Ergebnisse zueinander in Verbindung gebracht werden können. If necessary, these properties of the light sources can also be changed during the irradiation process of the sample. It is essential that the radiation from the first light source differs from the radiation from the second light source, so that when analyzing the spectral response from the sample, different results can be extracted from the spectral responses and the results can be linked to one another.
Diese Verknüpfung der unterschiedlichen Ergebnisse für dieselbe Probe, aber unter Ausnutzung verschiedenartiger Lichtpulse, ermöglicht neue Erkenntnisse zu der Beschaffenheit der jeweils analysierten Probe.This linking of the different results for the same sample, but using different types of light pulses, enables new insights into the nature of the sample analyzed in each case.
Das Analysesystem kann so ausgebildet sein, dass der dritte Lichtwellenleiter den dritten Lichtpuls ebenfalls in den Lichtmischer einkoppelt und der erste, der zweite und der dritte Lichtpuls über den gemeinsamen Lichtmischerleiter durch die Kanüle zur Abgabe an die Probe weitergeleitet werden.The analysis system can be designed in such a way that the third optical waveguide also couples the third light pulse into the light mixer and the first, the second and the third light pulse via the common light mixer conductor through the cannula for delivery to the sample.
Das Analysesystem kann ferner einen vierten in die Kanüle eingesetzten Lichtwellenleiter umfassen, um die Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls aus der Kanüle insbesondere an das erste Auswertesystem zu leiten.The analysis system can also include a fourth optical waveguide inserted into the cannula in order to conduct the spectral response to the first light pulse from the cannula, in particular to the first evaluation system.
Auch ein fünfter Lichtwellenleiter kann in die Kanüle eingesetzt sein um die Spektralantwort auf den zweiten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten. Schließlich kann auch ein sechster Lichtwellenleiter in die Kanüle eingesetzt sein, um die Spektralantwort auf den dritten Lichtpuls aus der Kanüle zu leiten.A fifth optical waveguide can also be inserted into the cannula in order to guide the spectral response to the second light pulse out of the cannula. Finally, a sixth optical waveguide can also be inserted into the cannula in order to direct the spectral response to the third light pulse out of the cannula.
Das Analysesystem mit multispektraler Analysensonde kann ferner ein erstes Auswertesystem zur spektralen und/oder fotometrischen Analyse der Spektralantwort auf den ersten Lichtpuls umfassen.The analysis system with a multispectral analysis probe can also include a first evaluation system for spectral and/or photometric analysis of the spectral response to the first light pulse.
Das erste Auswertesystem kann hergerichtet sein, auch eine spektrale und/oder fotometrische Analyse der Spektralantwort auf den zweiten und/oder dritten Lichtpuls auszuführen.The first evaluation system can be set up to also carry out a spectral and/or photometric analysis of the spectral response to the second and/or third light pulse.
Die Lichtwellenleiter des Analysesystems können Glasfaserleitungen oder Quarzfaserleitungen umfassen.The optical waveguides of the analysis system can comprise glass fiber lines or quartz fiber lines.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the figures, in which identical and similar elements are sometimes provided with the same reference symbols and the features of the various exemplary embodiments can be combined with one another.
Figurenlistecharacter list
Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer multispektralen Analysensonde, -
2 weitere Ausführungsform der multispektralen Analysensonde, -
3 Schnitt der Kanüle der multispektralen Analysensonde, -
4 Aufsicht der probenabgewandten Seite der Kanüle, -
5 eine weitere Ausführungsform der Kanüle, -
6 Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Kanüle, -
7 Beispiel für eine Belegung der Lichtwellenleiter, -
8 weitere Belegungsmöglichkeit für die Lichtwellenleiter, -
9 Aufbau eines Lichtmischers, -
10 eine Ausführungsform des Lichtmischers, -
11 Überblick über ein Analysesystem, -
12 eine weitere Form der multispektralen Analysensonde, -
13 Analysensondenhalterung, -
14 Analysensondenhalterung aus einer anderen Blickrichtung, -
15 Intensitätsverläufe für eingestrahltes Licht, -
16 beispielhafte Spektralantwort.
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1 a side view of a multispectral analysis probe, -
2 further embodiment of the multispectral analysis probe, -
3 cutting the cannula of the multispectral analysis probe, -
4 Supervision of the side of the cannula facing away from the sample, -
5 another embodiment of the cannula, -
6 Top view of another embodiment of the cannula, -
7 Example of an assignment of the fiber optic cable, -
8th additional assignment option for the optical fibers, -
9 construction of a light mixer, -
10 an embodiment of the light mixer, -
11 overview of an analysis system, -
12 another form of multispectral analysis probe, -
13 analysis probe holder, -
14 Analysis probe holder from a different perspective, -
15 Intensity curves for incident light, -
16 exemplary spectral response.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Andererseits kann die Haltemuffe 22 auch direkt zur Befestigung der multispektralen Analysensonde 10 an einer Halterung 12 (vgl.
In der Ausführungsform der
Die einzelnen Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44 sind in dieser Ausführungsform in einem Lichtmischer 50 zusammengeführt. Mit anderen Worten umfasst der Lichtmischer 50 eine Optik, die ein Einkoppeln von Lichtwellen aus verschiedenen Leitern in einen einzigen Leiter ermöglicht. An der der Probe 100 (vgl.
Die Messspitze 24 an der Probenseite der multispektralen Analysensonde 10 ist in
Die Enden der Lichtwellenleiter bilden in der gezeigten Form einen Teil der Messspitze 24. Mit anderen Worten sind die Lichtwellenleiter 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 an der Probenseite zusammen mit der Kanüle 20 so angeschliffen, dass sie die Messspitze 24 zusammen mit dem Rand der Kanüle 20 bilden und unmittelbaren Kontakt zu der Probe 100 haben, wenn die multispektrale Analysensonde 10 an die Probe 100 angestellt oder in die Probe 100 eingestochen ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zwischen den Lichtwellenleitern und der Probe 100 keine weiteren Lichtoptischen Bauteile sind, die die Transmission beispielsweise durch Reflexion oder Brechung verschlechtern. In dieser Ausführungsform ist andererseits der Schliffwinkel von Bedeutung hinsichtlich des Ein- und Ausstrahlwinkels und des Kopplungsvermögens der lichtoptischen Pulse.In the form shown, the ends of the optical waveguides form part of the measuring
Der besondere Vorteil der mit
Der erste Lichtwellenleiter 34 ist in dieser Ausführungsform als Sendefaser 34 ausgeführt. Mit anderen Worten transportiert der erste Lichtwellenleiter 34 die Lichtpulse zu der Probe 100. Nicht dargestellt, aber bevorzugt eingesetzt, ist der Lichtmischer 50, mittels welchem die Strahlung verschiedenartiger Lichtquellen 80 in die Sendefaser 34 eingekoppelt werden kann.In this embodiment, the first
Die Spektralantwort verteilt sich in der Probe 100 auf den gesamten Raumwinkelbereich. Nur der Bruchteil der Spektralantwort, der vom Raumwinkelbereich des die Spektralantwort messenden Lichtwellenleiters überstrichen wird, kann zur Analyse der Probe 100 herangezogen werden. Daher sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Die Spektralantwort koppelt von der Probe 100 in die Lichtmischerleitung 45 ein und wird, den Pfeilen 58 folgend, über die Sammellinse 54 in den Lichtmischer 50 eingekoppelt. Im Lichtmischer passiert die frequenzverschobene Spektralantwort den Strahlteiler 52 und wird in den zweiten Lichtwellenleiter 36 eingekoppelt, mittels welcher die Spektralantwort schließlich zum Auswertesystem 70, 72 geleitet wird.The spectral response couples from the
In Ansprechen auf den in die Probe 100 eingebrachten Lichtpuls entsteht eine, ggf. frequenzverschobene, Spektralantwort die abermals durch die Kanüle 20 der multispektralen Analysensonde 10 und über Lichtwellenleiter 30, beispielsweise den vierten Lichtwellenleiter 40 und/oder den fünften, sechsten und/oder siebten Lichtwellenleiter 42, 44, 48, an das Auswertesystem 70, hier ein Spektrometer 70, geleitet wird.In response to the light pulse introduced into the
Das Spektrometer 70 kann ggf. von dem Steuerungscomputer 72 gesteuert werden. Bevorzugt kann das mit dem Spektrometer 70 erhaltene Analyseergebnis am Steuerungscomputer 72 weiter ausgewertet werden.The
Die Haltemuffe 22 ist in die Sondenaufnahme 18 der Sondenhalterung 12 eingeschoben und kann dort ggf. fixiert werden, beispielsweise über eine Verrastung oder eine Klemmverschraubung 17.The retaining
Aufgrund des am Universitätsklinikum Mannheim und am Institut für Prozessmesstechnik und innovative Energiesysteme vorhandenen Know-hows konnte ein „Low-cost-Sensor“ entwickelt werden. Im Bereich der Diagnostik zeigte sich beispielsweise in verschiedenen, die vorliegende Erfindung begründenden Studien der beiden Institute die MIR-Spektroskopie bei der In-vivo-Krebsdiagnostik Stärken, welche voraussichtlich auch in den Bereichen Arteriosklerose, Leukämie, der Erkennung von Gehirntumoren, Arthritis, BSE und Diabetes eingesetzt werden können.Due to the know-how available at the University Hospital Mannheim and the Institute for Process Measurement Technology and Innovative Energy Systems, a "low-cost sensor" could be developed. In the field of diagnostics, for example, in various studies by the two institutes on which the present invention is based, MIR spectroscopy has shown strengths in in-vivo cancer diagnostics, which are expected to also be used in the areas of arteriosclerosis, leukemia, the detection of brain tumors, arthritis, BSE and Diabetes can be used.
Es wurden dabei zum einen Fluoreszenz-Messungen mit einer Anregungslichtquelle von 365nm eingesetzt. Die erwartete Eigenfluoreszenz wird bei 450nm erwartet, womit sich insbesondere NADH im Gewebe nachweisen lassen kann. NADH ist ein Oxidationsmittel des Körpers welches sowohl in gesundem als auch in tumorösen Gewebe vorhanden sein sollte. In vorteilhafter Weise kann die Auswertung der Messdaten ohne weitere Vorbehandlung oder Rechenschritte erfolgen, da bei einer Fluoreszenzmessung direkt die erzeugten Energiespektren für die Auswertung verwendet werden können.On the one hand, fluorescence measurements with an excitation light source of 365 nm were used. The expected intrinsic fluorescence is expected at 450nm, with which NADH in particular can be detected in the tissue. NADH is an oxidizing agent in the body that should be present in both healthy and tumorous tissue. Advantageously, the measurement data can be evaluated without further pretreatment or calculation steps, since the energy spectra generated can be used directly for the evaluation in the case of a fluorescence measurement.
Im Tiermodell (am Beispiel einer Maus) konnte die Wellenlänge 800 nm (isosbestischer Punkt Hämoglobin) zur Erkennung von Tumoren 100 fester Konsistenz in erfolgsversprechender Weise eingesetzt werden. Der isosbestische Punkt beschreibt eine Wellenlänge in einem System, in dem eine Reaktion stattfindet, aber sich die Lichtabsorption nicht ändert. In diesem Fall die Änderung des Verhältnisses von Desoxyhämoglobin und Oxyhämoglobin. Da Hämoglobin ein starker Absorber im Nahinfraroten (NIR) ist, wird dieses als Maß für die Durchblutung angenommen. Je höher die Konzentration, desto höher die Durchblutung des Gewebes. In der Fluoreszenztechnik kristallisierten sich die Parameter Collagen und NAD(P)H als Marker heraus.In an animal model (using a mouse as an example), the wavelength of 800 nm (isosbestic point hemoglobin) could be used in a promising manner to detect tumors of 100 solid consistency. The isosbestic point describes a wavelength in a system in which a reaction takes place, but the light is declining sorption does not change. In this case, changing the ratio of deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin. Since hemoglobin is a strong absorber in the near infrared (NIR), this is taken as a measure of blood flow. The higher the concentration, the higher the blood flow through the tissue. In the fluorescence technique, the parameters collagen and NAD(P)H emerged as markers.
Das vorgestellte Messsystem 9, das tumoröses von gesundem Gewebe 100 anhand der Spektren der Gewebeproben 100 zu unterscheiden vermag, wird ständig weiterentwickelt, so dass auf eine aufwändige und meist kostspielige pathologische Befundung ggf. in Zukunft verzichtet werden kann. Dies bedeutet im Falle eines eventuellen späteren Einsatzes im Gesundheitsmarkt eine effektive Senkung der Krankenhauskosten und der damit verbundenen Therapie- und Laborkosten. Die mit dem Messsystem gewonnenen Erkenntnisse sollen herangezogen werden können, ein qualitativ hochwertiges Krebsdiagnosetool für den Klinikeinsatz stetig weiterzuentwickeln, zu zertifizieren und auch marktfähig zu machen.The
Zunächst soll kurz umrissen werden, wie tumoröses Gewebe beispielsweise mittels spektroskopischer Untersuchungen erkannt werden kann. Zum einen konnte festgestellt werden, dass sich tumoröses Gewebe 100 durch eine höhere Proliferation (Zellteilung) und einen gesteigerten Stoffwechsel auszeichnet. Diese Gewebeeigenschaften lassen sich messtechnisch erfassen. Zur Lokalisation von tumorösem Gewebe sind jedoch klassische Tumormarker, wie sie in Blut eingesetzt werden, unbrauchbar (ggf. mit Ausnahme von PSA). Ziel dieses Verbundprojektes ist es insgesamt, das multispektrale, insbesondere faseroptische, Messsystem 10 aufzubauen und weiterzuentwickeln, welches Rückschlüsse auf den Gewebezustand zulässt und so tumoröses Gewebe 100 lokalisiert.First, it should be briefly outlined how tumorous tissue can be detected, for example, by means of spectroscopic examinations. On the one hand, it was found that
In einem Beispiel werden die Spektroskopietechniken NIR (Nahinfrarot), VIS (visuell), Fluoreszenz und Raman faseroptisch in einer Sonde 10 oder Stichsensor 10 vereint. Den Informationen aus den optischen Messungen entnimmt man aussagekräftige Wellenlängen/Wellenlängenbereiche und führt diese in einem Auswertealgorithmus zusammen, der in eine Software mit Benutzeroberfläche implementiert ist und auf einem konventionellen PC 72 oder Tablet installiert wird.In one example, NIR (near infrared), VIS (visual), fluorescence and Raman spectroscopy techniques are combined in a
Zusätzlich zur Biopsienadel 20 wird der Stichsensor mit Lichtwellenleitern 30 auf Saphirfaserbasis und mit direkt aufgesetzter Elektronik zur Erlangung kurzer Faserwege eingesetzt. Eine MIR-in-vivo-Messung ist damit erstmalig ermöglicht. Durch die neuartige Sensorik mit zugehöriger Software sind eine Vorabdiagnose im Körper und/oder eine gezielte Biopsie möglich. Mit diesem Messequipment 9 ist erstmals eine simultane in-vivo-Messung des Gewebestoffwechsels, dessen Zusammensetzung sowie pH-Wert, Wassergehaltes und O2-Sättigung detektierbar und steht der Auswertung offen. Die Anzahl von Biopsaten an unterschiedlichen Stellen könnte zukünftig reduziert werden und somit die Kosten auf der Diagnoseseite erheblich gesenkt werden. Je nach Leistungsfähigkeit des Systems wird der Verzicht auf eine Biopsie angestrebt. Das System wird in der Lage sein Blutgefäße zu erkennen und dem behandelnden Arzt als Frühwarnsystem zur Verfügung zu stehen, wodurch unvorhergesehene Blutungen verhindert werden können.In addition to the
Sobald das Analysesystem 9 hinsichtlich des Zertifizierungsverfahrens dahingehend weiterentwickelt, insbesondere zugelassen, ist, Diagnose und photodynamische Therapie (PDT) zu vereinen, beschränken sich Biopsie und Therapie auf lediglich nur noch einen Eingriff.As soon as the
Unter der PDT versteht man ein Behandlungsverfahren zur Behandlung von Tumoren und anderen Gewebeveränderungen. Hierbei wird durch Licht einer bestimmten Wellenlänge die lichtaktivierbare Substanz (Photosensibilisator) angeregt. Es entstehen toxische Substanzen, die den Tumor bzw. das Gewebe schädigen. Auch das Einbringen von sogenannten Seeds über die Biopsienadel ist möglich (Therapie bei Prostatakarzinomen). Bei Seeds handelt es sich um einige Millimeter große, radioaktive Metallstifte. Diese werden in das tumoröse Gewebe verbleibend injiziert und zerstören das umliegende Gewebe. Dies führt zwangsläufig zu geringeren Operationszeiten und kürzeren Liegedauern der Patienten. Dies bedeutet eine effektive Senkung der Krankenhauskosten und eine zielgerichtete Therapie.PDT is a treatment method for treating tumors and other tissue changes. Here, the light-activatable substance (photosensitizer) is stimulated by light of a specific wavelength. Toxic substances are formed that damage the tumor or tissue. The introduction of so-called seeds via the biopsy needle is also possible (therapy for prostate carcinoma). Seeds are radioactive metal pins a few millimeters in size. These are injected into the tumorous tissue and destroy the surrounding tissue. This inevitably leads to shorter operation times and shorter patient stays. This means an effective reduction in hospital costs and targeted therapy.
Da dieses innovative Konzept auch zur Unterscheidung von fibrösem (entzündetem) Gewebe 100 aber auch auf Gewebe mit erhöhtem Fettanteil hochempfindlich reagiert, sind zwei weitere Einsatzfelder denkbar: Fettleberdiagnose sowie Erkennen des aktuellen Leberzustandes im Verlauf einer chronischen Hepatitis.Since this innovative concept reacts highly sensitively to differentiate between fibrous (inflamed)
Auch für die Grundlagenforschung ist die vorgestellte multispektrale Analysensonde 10 von Interesse. In die Nähe von tumorösem Gewebe platziert lassen sich insbesondere Rückschlüsse auf die Wirksamkeit bzw. den Einfluss einer Chemotherapie auf den lokalen Metabolismus ermitteln. Direkte Einflüsse des Medikamentes auf den Zellstoffwechsel während der Therapie werden sichtbar.The presented
Ein wichtiger Teil der Messapparatur ist die Sonde 10, für die im Folgenden ein möglicher bevorzugter Materialaufbau mit jeweiligen Bezugsquellen angegeben ist. Als Lichtwellenleiter können 7x1,40m Glasfasern mit jeweils 200 µm Coredurchmesser beispielsweise der Fa. Edmund Optics GmbH eingesetzt werden. Die Fasern werden beispielsweise durch eine Standardkanüle (1,1x50mm Sterican 19G der Fa.B.Braun Melsungen AG) geführt und enden bündig mit deren Spitze. Zudem sind an allen sieben Glasfasern Stecker (Multimode SMA905 Connector für 200pm-Fasern) der Fa.Thorlabs GmbH in vorteilhafter Weise angebracht. Ddie Fasern selbst werden durch sieben Schutzschläuche (FT038-BK) der Fa.Thorlabs GmbH von der Umgebung geschützt, da Glasfasern sehr empfindlich auf äußere Kräfte reagieren.An important part of the measuring apparatus is the
Durch den niedrigeren Brechungsindex des innenliegenden Faserkerns gegenüber dem Mantel tritt Totalreflexion in der Faser auf und eine Leitung von Wellen bzw. Signalen durch die Faser ist möglich (allgemein für Lichtwellenleiter).Due to the lower refractive index of the inner fiber core compared to the cladding, total reflection occurs in the fiber and it is possible for waves or signals to be conducted through the fiber (general for optical waveguides).
Um Einstiche auch unter verschiedenen Winkeln zu ermöglichen, wird die Sonde 10 an der Sondenhalterung 12 befestigt. Ein Alu-Rundmaterial 14 wurde auf Maß geschnitten und als Lagerung 14 der Sondenhalterung mittig an die Befestigungsstelle der Spindel montiert. Die mittige Position wählt man deshalb, um die Hebelwirkung möglichst klein halten zu können. Das Rundmaterial kann somit sogar in einfacher Weise mit der Laborklemme an das Laborstativ befestigt werden.The
Um verschiedene Einstichtiefen im selben Stichkanal in der Probe 100 ermöglichen zu können ist es eine Möglichkeit, die Sonde 10/Kanüle 20 an ein Linearsystem 16 zu koppeln um dann stufenweise möglichst genau ins Gewebe 100 eindringen zu können. Gewählt wurde bspw. im Fall der
Zum Befestigen der Sonde 10 an die Spindel 16 wird eine Aluschiene 18 auf Maß gesägt in der man mit einer feststellbaren Schraube 17 die Sonde 10 mittig fixieren kann. Die Wahl des Materials Aluminium ist kostengünstig und erlaubt eine einfache Bearbeitung und Handhabung.To attach the
Die Eigenbausonde 10, die in dieser Ausführung sieben Lichtwellenleiter 30 umfasst, wird ins Gewebe eingestochen, wobei zunächst ermittelt werden kann, welcher Lichtwellenleiter (bei gewählter mittlerer Sendefaser) den besten Messwert liefert. Da alle Ergebnisse unmittelbar aneinander liegen, kann man mit jeder Faser typischerweise ein gutes Messsignal erzielen.The home-made
Einzelne Gewebearten unterscheiden sich ggf. in ihrer Zusammensetzung und ihren optischen Eigenschaften. Daher war es im Rahmen von Voruntersuchungen wichtig, ein möglichst breites Spektrum abzudecken und die Messparameter festzulegen.
Untersucht werden mehrere Gewebearten (Muskel, Leber, Fett, Gehirn) und deren Remission und Extinktion ermittelt.
Verschiedene Messpunkte liefern unterschiedliche Abweichungen, da das Gewebe 100 einen lokal unterschiedlichen Gewebeaufbau/Zusammensetzung besitzt.Individual types of fabric may differ in their composition and optical properties. It was therefore important in the context of preliminary investigations to cover as broad a spectrum as possible and to define the measurement parameters.
Several tissue types (muscle, liver, fat, brain) are examined and their remission and extinction determined.
Different measuring points provide different deviations since the
Gemessen wird nun zunächst im VIS-Bereich. Zu Zwecken der Einstellung und Systemdiagnose wird die volle Bandbreite der Wellenlängen genutzt (soweit das System, bestehend aus Siliziumdetektoren (ca. 300-1100nm), das ermöglicht) um pro Messung einen möglichst großen spektralen Bereich abzudecken. Danach folgen Messungen im NIR-Bereich. Alle Messungen werden mit der gleichen Sonde durchgeführt mit der mittleren Faser als Sendefaser. Zu Einstell- und Systemdiagnosezwecken wird die Zuordnung des Empfänger-/Detektoreingangs zu den Fasern 1-6 VIS-NIR gewechselt (nach vorhergehender Prüfung liefern alle Fasern ähnliche Messwerte). Zudem muss bei der VIS-Messung beachtet werden, dass eine lichtundurchlässige Schutzhülle die Apparatur umhüllt, um Licht der Umgebung abzuhalten und somit Fremdlicht als Fehler auszuklammern. Bei den NIR-Messungen ist dies nicht der Fall, da das Spektrum dort jenseits des sichtbaren Lichts liegt, dennoch wird auch hierbei die Apparatur von einem dunklen Stoff umschlossen.Measurements are now initially made in the VIS range. For the purposes of adjustment and system diagnosis, the full range of wavelengths is used (as far as the system, consisting of silicon detectors (approx. 300-1100nm), allows) in order to cover the largest possible spectral range per measurement. This is followed by measurements in the NIR range. All measurements are performed with the same probe with the middle fiber as the transmit fiber. The assignment of the receiver/detector input to fibers 1-6 VIS-NIR is changed for adjustment and system diagnosis purposes (after a previous check, all fibers deliver similar measured values). In addition, with the VIS measurement, it must be noted that an opaque protective cover encloses the apparatus in order to keep out ambient light and thus exclude extraneous light as a fault. This is not the case with the NIR measurements, since the spectrum there lies beyond visible light, but the apparatus is also surrounded by a dark material.
Vor Beginn der Messungen am Gewebe wird zuerst ein Referenzspektrum ermittelt, indem ein Weißstandard (bspw. von der Fa. HoffmanSphereOptics erhältlich) in einem 4mm Abstand zur Kanüle gemessen wird (Referenz). Dieser Abstand wurde durch diverse Versuche so ermittelt, dass die Integrationszeit und damit das Messsignal im späteren Gewebe ausreichend hoch ist. Danach folgt die Dunkelmessung indem man am Empfängereingang eine schwarze Kappe bzw. eine Metallkappe (bspw. eine Hutmutter aus Messing) über den SMA Eingang des Detektors anschraubt.Before starting the measurements on the tissue, a reference spectrum is first determined by measuring a white standard (e.g. available from HoffmanSphereOptics) at a distance of 4 mm from the cannula (reference). This distance was determined by various tests in such a way that the integration time and thus the measurement signal in the later tissue is sufficiently high. This is followed by the dark measurement by screwing a black cap or a metal cap (e.g. a brass cap nut) over the SMA input of the detector at the receiver input.
Beim eigentlichen Messvorgang wird die Apparatur 9 an einem Ständer befestigt um das Linearsystem 16 nutzen zu können. Hierbei werden nun die verschiedene Gewebeproben 100 unter die Apparatur 9 gelegt um dann mit der Messsonde 10 vorsichtig hineinstechen zu können. Jedes Gewebe 100 wird nun drei Mal an verschiedenen Messpunkten gemessen und dann zur weiteren Analyse der Mittelwert dieser verschiedenen Einstiche berechnet. Nun lassen sich anhand der Referenzen (Weißstandard) die Remission und daraus die Extinktion ermitteln und als Diagramme visuell darstellen. Bspw. lässt sich hierdurch erkennen, ob sich die Kurven größtenteils überlagern, oder ob es Abweichungen gibt, die insbesondere auf eine verschiedene Zusammensetzung des Gewebes an den verschiedenen Einstichstellen bzw. Messpunkten zurückzuführen sind.During the actual measurement process, the
Bei der Fluoreszenzmessung wird das zu untersuchende Gewebe mit einer Wellenlänge von 365nm bestrahlt bzw. angeregt (NADH), sodass das Gewebe bei 450nm eine Eigenfluoreszenz aufweist. Diese kann man anhand des Verlaufes und der Höhe des Peaks deuten. Da die gemessenen Proben vom Metzger stammen und keine Stoffwechselaktivität mehr aufweisen sind die Ausschläge aber wie erwartet sehr niedrig. Stoffwechselprodukte (insbesondere NADH) sind weitestgehend abgebaut. Allerdings lässt sich erkennen dass Leber anscheinend am besten absorbiert. Hauptabsorber im Gewebe sind Hämoglobin und WasserIn the fluorescence measurement, the tissue to be examined is irradiated or excited (NADH) with a wavelength of 365 nm, so that the tissue has an intrinsic fluorescence at 450 nm. This can be interpreted based on the course and the height of the peak. Since the measured samples come from the butcher and no longer show any metabolic activity, the deflections are very low, as expected. Metabolism products (particularly NADH) are largely degraded. However, it can be seen that liver appears to be the best absorber. The main absorbers in tissue are hemoglobin and water
Bei der UV-Lichtquelle 80 handelt es sich wie bei der multispektralen Analysensonde 10 um einen Eigenbau mit einer UV-Leuchtiode mit einer Emissionsfrequenz von 365 nm. Die beiden Spektrometer 70 sind von der Fa. Zeiss. Zum einen der Zeiss VIS/NIR-Spektrometer (MCS621/MCS611) der die NIR- und VIS-Messungen detektiert und zum anderen einen Zeiss CCD/UV-NIR-Spektrometer zur Fluoreszenzemissionsmessung. Die Fremdlichtunterdrückung wird mit einem einfachen Tuch realisiert, welches die Gewebeprobe umhüllt um somit Fremdlichtquellen, die ggf. die Messung stören können, abzuhalten.Like the
Als Funktionsparameter wurden beispielsweise eingesetzt: VIS-Lichtpuls, Zeitdauer 300 ms, Akkumulation 50; NIR-Lichtpuls, Zeitdauer 200 ms, Akkumulation 50; Fluoreszenzzeit 6500 ms, Akkumulation 10.For example, the following function parameters were used: VIS light pulse,
Zu Test- und Versuchszwecken zur Evaluation des vorgestellten Analysesystems 9 kann ein Versuchstier, beispielsweise eine Maus, eingesetzt werden. B16-Melanomzellen, die bekannt für starkes Streuen und Bildung von Metastasen sind, können subkutan gespritzt werden, d.h. das Melanom sollte sich unmittelbar unter der Haut befinden. Das maligne Melanom, eine Neoplasie (Gewebeneubildung) aus entarteten Melanozyten (Pigmentzellen der Haut), zählt zu den bösartigsten Tumoren der Haut und Schleimhäute. Melanomzellen sind demnach Hautkrebszellen die direkt unter die Hautoberfläche platziert werden. Als Referenzgewebe dienen für unsere Messungen Muskelgewebe (Hinterbein) sowie subkutanes Gewebe desselben Versuchstieres.
Die Position des subkutanen Tumors wird zunächst in einer stabilen seitlichen Lage auf einer Basisplatte fixiert und angestochen. Hierbei werden Spektren direkt im Zentrum des Tumors, als auch 1 mm aus der Mitte heraus ermittelt. Anschließend werden Spektren der Referenzgewebe unter gleichen Messbedingungen aufgenommen. Hierzu diente beispielsweise Muskelgewebe am Hinterbein und subkutanes Gewebe.A test animal, for example a mouse, can be used for test and experimental purposes for evaluating the
The position of the subcutaneous tumor is first fixed in a stable lateral position on a base plate and punctured. Here, spectra are determined directly in the center of the tumor as well as 1 mm from the center. Subsequently, spectra of the reference tissues are recorded under the same measurement conditions. Muscle tissue on the hind leg and subcutaneous tissue were used for this purpose, for example.
Im zu untersuchendem Gewebe kommen beide Formen des Hämoglobins vor. Die Spektren von Oxy- und Desoxyhämoglobin können sich überlagern. Aus den Spektren der verschiedenen Gewebe lassen sich beispielsweie die folgenden zwei Schlüsse ziehen: Zum ersten wie stark das jeweilige Gewebe durchblutet wird und zum zweiten wie hoch die Sauerstoffsättigung des jeweiligen Gewebes ist.Both forms of hemoglobin occur in the tissue to be examined. The spectra of oxy- and deoxyhemoglobin can overlap. For example, the following two conclusions can be drawn from the spectra of the various tissues: Firstly, how strongly the respective tissue is supplied with blood and secondly, how high the oxygen saturation of the respective tissue is.
Eine Aussage über die Durchblutung lässt sich ganz einfach über die Peakhöhe treffen. In diesem Fall wird Muskelgewebe am stärksten, und subkutanes Gewebe am schwächsten durchblutet, was auch bereits an der roten Färbung des Muskelgewebes visuell wahrgenommen werden kann. Im Gegensatz dazu ist subkutanes Gewebe eher durchsichtig, geleeartig. Das tumoröse Gewebe 100 nimmt hierbei eine Mittelposition an beiden untersuchten Stellen ein.A statement about the blood flow can easily be made from the peak height. In this case, muscle tissue is supplied with blood the most, and subcutaneous tissue the weakest, which can already be seen visually from the red coloring of the muscle tissue. In contrast, subcutaneous tissue is more translucent, jelly-like. Here, the
Die lokale Sauerstoffsättigung des Gewebes lässt sich aufgrund der Eigenschaften von Oxy- und Desoxyhämoglobin im Peak bei ca. 560 nm bestimmen. Oxyhämoglobin besitzt hier zwei Maxima, während Desoxyhämoglobin ein Maximum genau zwischen den beiden Maxima des Oxyhämoglobins aufweist. Durch die Peakform kann man qualitative Aussagen über die lokale Sauerstoffsättigung des Gewebes treffen. Die Sauerstoffsättigung ist im tumorösen Gewebe im Vergleich zu Muskel- und subkutanem Gewebe deutlich erniedrigt.The local oxygen saturation of the tissue can be determined based on the properties of oxy- and deoxyhemoglobin in the peak at approx. 560 nm. Oxyhemoglobin has two maxima here, while deoxyhemoglobin has a maximum exactly between the two maxima of oxyhemoglobin. The peak shape allows qualitative statements to be made about the local oxygen saturation of the tissue. Oxygen saturation in tumorous tissue is significantly lower than in muscle and subcutaneous tissue.
Durch die Entwicklung eines mathematischen Algorithmusses können Absolutwerte der Sättigung im Nachhinein aus den Spektren berechnet werden. Je ausgeprägter die zwei Maxima des Sattels sind umso besser Sauerstoffgesättigt ist das Hämoglobin. Bei hoher Sauerstoffsättigung in Muskulatur bzw. subkutanen Gewebe sind die Peaks des Oxy-Hämoglobins deutlich ausgeprägter.By developing a mathematical algorithm, absolute values of saturation can be calculated from the spectra afterwards. The more pronounced the two maxima of the saddle are, the more oxygen-saturated the hemoglobin is. With high oxygen saturation in muscles or subcutaneous tissue, the peaks of oxy-hemoglobin are much more pronounced.
Das Nahinfrarotspektrum wird von den Wasserbanden bei 960 nm zweite Oberschwingung und 1450nm erste Oberschwingung dominiert. Die Höhe der Peaks ist ein direktes Maß für den lokalen Wasseranteil des Gewebes an der Sondenspitze 24. Im tumorösen Gewebe 100 liegt der Wasseranteil um den Faktor zwei unter dem gesunden Gewebe 100. Der höchste Wassergehalt liegt im muskulären Gewebe vor, subkutanes Gewebe liegt minimal darunter.The near-infrared spectrum is dominated by the water bands at 960 nm second harmonic and 1450 nm first harmonic. The height of the peaks is a direct measure of the local water content of the tissue at the
Bei der Fluoreszenzspektroskopie sind die Peaks nach der eigentlichen Anregung interessant, da man hieraus die Stoffwechselaktivität (NADH, Collagen) des untersuchten Gewebes erkennen kann. Diese können bei tumorösem Gewebe im Vergleich zu gesundem Gewebe erhöht sein. Dies lässt auf eine verminderte Gewebeaktivität schließen.In the case of fluorescence spectroscopy, the peaks after the actual excitation are of interest, since the metabolic activity (NADH, collagen) of the examined tissue can be recognized from them. These can be increased in tumorous tissue compared to healthy tissue. This suggests decreased tissue activity.
Je nach Leistungsfähigkeit des Systems wird der Verzicht einer Biopsie angestrebt. Das System wird dahingehend weiterentwickelt, dass es Blutgefäße erkennen und dem behandelnden Arzt als Frühwarnsystem zur Verfügung zu stehen kann, wodurch unvorhergesehene Blutungen verhindert werden können. Zudem wird der Arzt visuell über die aktuelle Gewebezusammensetzung, Konzentration informiert. Diese Informationen ermöglichen es, Diagnostik und Therapie in einer Operation zu vereinen. Vorstellbar ist es z.B. durch eine dickere Kanüle zunächst mit der Sonde zu messen, und falls erkranktes Gewebe detektiert wird, durch die selbe Kanüle ein sogenanntes Seed (radioaktives Metallstäbchen, welches das nähere Gewebe seiner Umgebung abtötet) ins Gewebe zu injizieren, z.B. bei Prostatakrebs.Depending on the performance of the system, the aim is to avoid a biopsy. The system is being further developed in such a way that it can recognize blood vessels and be available to the attending physician as an early warning system, which can prevent unforeseen bleeding. In addition, the doctor is visually informed about the current tissue composition and concentration. This information makes it possible to combine diagnostics and therapy in one operation. It is conceivable, for example, to first measure with the probe through a thicker cannula, and if diseased tissue is detected, to inject a so-called seed (radioactive metal rod, which kills the surrounding tissue) through the same cannula into the tissue, e.g. in the case of prostate cancer.
Da dieses innovative Konzept auch zur Unterscheidung von fibrösem (entzündetem) Gewebe dienen könnte, aber auch auf Gewebe mit hohem Fettanteil empfindlich reagiert sind für zukünftige Projekte zwei weitere Einsatzfelder denkbar: Fettleberdiagnose sowie das Erkennen des aktuellen Leberzustandes im Verlauf einer chronischen Hepatitis.Since this innovative concept could also be used to differentiate between fibrous (inflamed) tissue, but also reacts sensitively to tissue with a high proportion of fat, two additional fields of application are conceivable for future projects: diagnosis of fatty liver and detection of the current liver status in the course of chronic hepatitis.
Zudem kann der Sensor auch in der Nähe von tumorösem Gewebe platziert werden, woraus Rückschlüsse auf die Wirksamkeit einer Chemotherapie auf den lokalen Metabolismus ermittelt werden können. Ferner können direkte Einflüsse verschiedener Medikamente auf den Zellstoffwechsel während der Therapie sichtbar werden.In addition, the sensor can also be placed in the vicinity of tumorous tissue, from which conclusions can be drawn about the effectiveness of chemotherapy on the local metabolism. Furthermore, direct influences of different medications on the cell metabolism can become visible during the therapy.
Optische Informationen, die potentiell über entsprechende Sensoren 10 zur Krebserkennung herangezogen werden können, verteilen sich auf mehrere verschiedenartige Spektralbereiche. Krebs selbst, also Krebszellen 100, sind spektral nicht direkt von anderen Zellen zu unterscheiden. In Kombination verschiedener, jedoch eng umrissener spektraler Informationen, können zusammen mit dem Wissen eines medizinischen Fachmannes typische Gewebeveränderungen, die mit Krebs 100 einhergehen, vermessen und in erfinderischer Weise interpretiert und nachgewiesen werden. Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass die Kombination bestimmter gemessener Eigenschaften mit Wahrscheinlichkeit auf bestimmte Krebsarten schließen lässt.Optical information that can potentially be used for cancer detection via corresponding
Eine glasfaseroptische schmale Sonde 10 kann beispielsweise in Gewebe durch Stich eindringen. Die Grundausführung der Sonde 10 wird in den meisten Fällen darin liegen, dass Glasfasern im Inneren einer Kanüle 20, zum Beispiel einer Edelstahlkanüle 20, angeordnet sind. Die Bauform der Glasfasern 30 und die Anordnung unterliegen speziellen Gesetzmäßigkeiten.For example, a fiber optic
Eine Gesetzmäßigkeit ergibt sich durch die Anwendung. Die zu bauende Sonde 10 soll derartig beschaffen sein, dass man leicht mit ihr in Gewebe eindringen, vorzugsweise einstechen, kann. Es bieten sich verschiedene Schliffmuster an, wie zum Beispiel eine Anschrägung unter 45°. Auch andere Schliffmuster wie Anschrägungen in 2 Richtungen sind integraler Bestandteil der Erfindung. Die Kanüle muss die Glasfasern 30 beherbergen. Damit sollte die Kanüle einen Außendurchmesser von 0,3 bis 4 Millimeter, vorzugsweise 0,6 bis 2 Millimeter, noch bevorzugt 0,8 bis 1,5 Millimeter aufweisen. Die Wandstärke der Kanüle sollte zwischen 0,1 Millimeter und 0,3 Millimeter betragen, um hinreichend Platz im Innenraum der Kanüle 20 zu schaffen, um die Glasfasern 30 zu beherbergen. Die der Erfindung zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten führen dahin, dass kohärente Lichtquellen 80 und nicht-kohärente Lichtquellen 80, also insbesondere verschiedenartige Lichtquellen 80, beide zur Anwendung kommen. Kohärente Lichtquellen 80 lassen sich in sehr dünne Glasfasern 30 mit geringem Querschnitt oder geringen Durchmesser fokussieren. Inkohärente Lichtquellen 80 andererseits ergeben eine Lichtleistung an der Sondenspitze, die proportional zur Fläche der Glasfaser 30 ist. Daher sollte die Glasfaser 30 nicht zu klein sein. Wegen der sterischen Behinderung beim Einstich und der Flexibilität des Gesamtsystems darf die Glasfaser 30 aber auch nicht zu groß sein. Als unteres Limit für die inkohärenten Lichtquellen scheint sich ein Durchmesser von 50 Mikrometer herauskristallisiert zu haben. Als oberes Limit sehen wir 1 Millimeter, bevorzugt werden Glasfasern 30 im Bereich 100 µm bis 400 µm. In praktischen Versuchen ergab sich ein derzeitiges Optimum bei Glasfasern mit 200 Mikrometer Durchmessern. Das Licht der verschiedenen Wellenlängen wird an einem Ende der Glasfaser 30 durch die Lichtquelle 80 - ein Laser 80, eine LED 80, ein Breitbandstrahler 80 oder eine andere Lichtquelle 80 - in die Glasfaser 30 über eine Optik eingekoppelt, über die Glasfaser 30 mit möglichst geringer Dämpfung transportiert und koppelt auf der Sondenseite wieder aus der Glasfaser 30 aus. Wegen des schrägen Anschliffes ist zu berücksichtigen, dass es hier zu einer Brechung und einer Reflektion kommen kann. Eine besondere Ausführungsform der Sondenspitze 24 liegt darin, dass die Fasern 30 - zum Beispiel Glas- oder Quarzfasern - nebeneinander zu liegen kommen und über dazwischen liegende Schichten der direkte optische Weg von Sender zu Empfänger verbaut ist.A regularity results from the application. The
Es ist nämlich so, dass außer den Fasern, die zum Senden von Licht geeignet sind, auch welche verbaut werden, die zum Empfangen von Licht geeignet sind. Durch die nicht vorhandene direkte Kopplung können extrem schwache Signale gemessen werden. Dem Entwickler optischer Messtechnik ist nämlich bekannt, dass jedwede Grenzschicht auf die Licht aus dem Senderteil des Gerätes auftrifft, zwar in der Regel dieses Licht hauptsächlich transmittiert, zu geringen Anteilen auch reflektiert oder diffus streut. Anordnungen, die solche Streuung direkt ohne Produktberührung in die Empfangsfasen ermöglichen, unterliegen der besonderen Vorsicht, wie später zu beschreiben ist.The fact is that, in addition to the fibers that are suitable for sending light, some are also installed that are suitable for receiving light. Due to the lack of direct coupling, extremely weak signals can be measured. The developer of optical measurement technology is aware that any boundary layer on which light from the transmitter part of the device impinges, although this light is usually mainly transmitted, it is also reflected to a small extent or diffusely scattered. Arrangements that allow such scattering directly into the receiving fibers without product contact are subject to special care, as will be described later.
In einer anderen Ausführungsform existiert an der Sondenspitze 24 ein Lichtmischer 50 - also zum Beispiel ein dickeres Faserstück von zum Beispiel einem Millimeter Durchmesser oder auch einem anderem Durchmesser, in welches die unterschiedlichen Lichtquellen eingekoppelt werden und als gemischtes Licht an der Sondenspitze 24 austreten.In another embodiment, there is a
Empfangsseitig werden die Glasfasern 30 vom menschlichen oder tierischen Gewebe 100 mit Licht versorgt. Das Licht vom Gewebe 100 wird über Streuung oder Reemission bei der eingestrahlten Wellenlänge oder einer versetzten Wellenlänge erzeugt und gelangt in die empfangende Glasfaser 100. Es können hier bündelnde Optiken 54 eingesetzt werden, es kann aber auch in anderen Anwendungsfällen günstigerweise auf die bündelnde Optik 54 gänzlich verzichtet werden. Das Licht gelangt in einer Ausführungsform dann in die angeschrägte Glasfaser 30, die parallel zur Sendefaser 34 zu liegen kommt. Über diese Glasfaser 30 wird das Licht mit geringer Dämpfung zum Nachweis geleitet und dort verarbeitet.On the reception side, the
Im Nachweis können beispielsweise PIN-Dioden-Schaltungen mit bekannten Transimpedanzverstärkern oder anderen Verstärkern zum Einsatz kommen. Es können auch Spektrometer- Systeme aus CCD-Zeilen, PIN-Dioden oder CCD-Flächen zum Einsatz kommen, oder auch andere Detektor-Typen wie Multiplier, Avalanche-Dioden oder ähnliches.For example, PIN diode circuits with known transimpedance amplifiers or other amplifiers can be used in the verification. Spectrometer systems consisting of CCD lines, PIN diodes or CCD surfaces can also be used, or other types of detectors such as multipliers, avalanche diodes or the like.
Die gleichzeitige, parallele oder nacheinanderfolgende Verwendung von kohärentem und/oder inkohärentem Licht und die Integration speziellen Wissens über Gewebezusammensetzungen führt zu neuen Erkenntnissen und neuen Analyseverfahren mittels der vorgestellten multispektralen Analysensonde 10. So kann nach den der Erfindung zugrunde liegenden Experimenten davon ausgegangen werden, dass bei Vorhandensein von Krebszellen ein verändertes Stoffwechselsystem vorliegt. Dieses kann zu erhöhter Konzentration bestimmter Stoffwechsel-Zwischenprodukte wie NADH Protoporphyrin, FAD oder anderen typischen mit dem Stoffwechsel einhergehenden Stoffen führen. In konsequenter Weise wird eine der möglichen Teilinformationen im Rahmen der Erfindung durch das gezielte Abfragen dieser Stoffwechsel-Zwischenprodukte erfolgen. Für diese Teilaufgabe kann ein Laser 80 oder eine Leuchtdiode 80 im UVA-Bereich oder kurzwelligen blauen Bereich zum Einsatz kommen. Für Protoporphyrin könnte auch eine blaue oder grüne LED 80 oder eine andere Lichtquelle 80 für diesen Wellenlängenbereich zum Einsatz kommen.The simultaneous, parallel or sequential use of coherent and/or incoherent light and the integration of special knowledge about tissue compositions leads to new insights and new analysis methods using the presented
Ein anderer im Rahmen der Erfindung herausgefundener Zusammenhang ist die Veränderung der lokalen Bindegewebedichte im Krebsgeschwür gegenüber der umgebenden Materie / Stoffsystem Gewebe. Diese Veränderung verändert die sogenannte elastische Lichtstreuung also das eingestreute Licht, welches bei gleicher Wellenlänge wieder zurückgestreut wird. Will man diese Teileigenschaft messen, verlegt man die Messung beispielsweise in einen Wellenlängenbereich, bei dem wenige Gewebearten Absorptionen zeigen. Es erwies sich hier vorteilhaft im langwelligen sichtbaren Bereich zu arbeiten, wie zum Beispiel rot, oder im nahen Infrarotbereich in dem Teil des Spektrums, der nicht durch Wasser beeinflusst ist. Hier handelt es sich um den Spektralbereich zwischen 700 und 1.200 Nanometer.Another connection found within the scope of the invention is the change in the local connective tissue density in the cancerous growth compared to the surrounding matter/material system tissue. This change changes the so-called elastic light scattering, i.e. the scattered light, which is scattered back again at the same wavelength. If you want to measure this part property, you move the measurement, for example, to a wavelength range in which few types of tissue show absorption. It proved advantageous to work in the long-wave visible range, such as red, or in the near-infrared range in the part of the spectrum that is not affected by water. This is the spectral range between 700 and 1,200 nanometers.
Aus technologischen Gründen kann es vorteilhaft erscheinen, den Bereich weiter einzuschränken auf den Detektionsbereich von Silizium, da Silizium-Empfänger in vorteilhafter Weise preiswert und dabei empfindlicher zu bauen sind als andere Nahinfrarot-Detektoren. Dieser Bereich wäre dann zum langwelligen Ende mit 1100 nm begrenzt.For technological reasons, it may appear advantageous to further restrict the range to the detection range of silicon, since silicon receivers are advantageously inexpensive and more sensitive to build than other near-infrared detectors. This range would then be limited to the long-wave end at 1100 nm.
Es kann sich jedoch auch erweisen, dass durch bestimmte Querempfindlichkeiten im Gewebe ein Ausweichen auf den Bereich 900 bis 1.200 Nanometer notwendig ist und damit als elektronischer Empfänger beispielsweise Indium-Galliumarsenid zum Einsatz kommen kann. Die elastische Lichtstreuung zeigt für den direkt vor der Sonde befindlichen Gewebeteil die Dichte des Gewebes.However, it may also turn out that certain cross-sensitivities in the tissue make it necessary to switch to the 900 to 1,200 nanometer range, which means that indium gallium arsenide, for example, can be used as an electronic receiver. The elastic light scattering shows the density of the tissue for the part of tissue located directly in front of the probe.
Ein anderer Aspekt, der im Rahmen der Untersuchungen überraschenderweise zu Tage trat, ist die Veränderung der lokalen Wasserkonzentration im Gewebe. Die Wasserkonzentration lässt sich mit der Sonde in geeigneter Weise vermessen, wenn auf der Sendeseite ein inkohärenter Strahler im Bereich der Absorption einer Wasserbande im nahen Infrarot eingesetzt wird, wie zum Beispiel im Bereich von 1.200 Nanometer oder im Bereich von 1.400 Nanometer oder im Bereich von 1.900 Nanometer und auf der Nachweisseite 1-3 Wellenlängen oder auch mehr Wellenlängen nachgewiesen werden, die eine Absorption des Wasser zeigen und mit einer der anderen Wellenlängen einen Referenzwert generieren. Der Referenzwert wird typisch genommen bei einer Wellenlänge bei der das Wasser nicht so stark oder gar nicht absorbiert und ergibt ein Maß für die Eindringtiefe des Lichtes. Hierzu in Beziehung gesetzt wird die absorbierte Wellenlänge. Im einfachsten Auswertefall kommt der Quotient dieser beiden Wellenlängen zur Auswertung oder auch der Logarithmus des Quotienten oder auch eine andere mathematische Auswertevorschrift. Sie zeigt zunächst einen noch verfälschten Wassergehalt. Wird aufgrund von parallel laufenden Versuchen über Probenahme und Labormethoden zur Krebserkennung erkannt, dass der absolute Wassergehalt notwendig ist, kann über eine Kalibrierfunktion aus elastischer Lichtstreuung, Eindringtiefe des Lichtkegels und Extinktion aus dem gemessenen relativen Wassergehalts-Signal ein absolutes errechnet werden.Another aspect that surprisingly came to light in the course of the investigations is the change in the local water concentration in the tissue. The water concentration can be measured with the probe in a suitable manner if an incoherent radiator is used on the transmission side in the range of absorption of a water band in the near infrared, such as in the range of 1,200 nanometers or in the range of 1,400 nanometers or in the range of 1,900 Nanometer and on the detection side 1-3 wavelengths or more wavelengths are detected, which show an absorption of the water and generate a reference value with one of the other wavelengths. The reference value is typically taken at a wavelength at which the water does not absorb as much or not at all and gives a measure of the penetration depth of the light. The absorbed wavelength is related to this. In the simplest evaluation case, the quotient of these two wavelengths is evaluated, or the logarithm of the quotient, or another mathematical evaluation rule. It initially shows a still falsified water content. If it is recognized from parallel experiments on sampling and laboratory methods for cancer detection that the absolute water content is necessary, an absolute value can be calculated from the measured relative water content signal using a calibration function from elastic light scattering, penetration depth of the light cone and extinction.
Eine weitere wichtige Information kann erhalten werden über den lokalen Sauerstoffgehalt vor der Sonde. Dieser kann gemessen werden durch Auswertung eines Spektrums oder wenigstens mehrere Wellenlängen im Bereich sichtbaren Lichtes über die Sauerstoffsättigung des Blutes. Prinzipiell ist die Sauerstoffsättigung des Blutes und deren Messung bekannt. Eine Korrelation mit anderen Messbereichen und ein Erkennen von Krebs sind bisher nicht bekannt. Ähnlich wie im nahen Infraroten, kann hier breitbandiges Licht über eine Faser 30 eingestrahlt und über eine parallele Faser 30 nachgewiesen werden. In einer Ausführungsform kann der Nachweis der nahen Infraroten Informationen und der Nachweis der in der Regel im sichtbaren Spektralbereich ablaufenden Sauerstoffmessungen über die gleiche Faser 30 erfolgen. Es könnte entweder eine kombinierte Spektrometer-Einheit auf der Nachweisseite nachgeschaltet sein, oder auch über ein Strahlteiler-System die verschiedenen Detektoren 70 bedient werden. Bei sehr stark wachsenden Tumoren ist weiterhin bekannt, dass die Sauerstoffsättigung sehr gering ist, die Sauerstoffzehrung sehr hoch ist. Es konnte überraschend festgestellt werden, dass im Inneren von schnell wachsenden Tumoren ein derart stark erhöhter Stoffwechsel stattfindet, der bis zum anaeroben Stoffwechsel führt. Gemessen werden konnte dies durch die Vermessung von Laktat, welche über Raman-Spektroskopie und entsprechend anregende Laser nachgewiesen werden konnte.Another important piece of information can be obtained from the local oxygen content in front of the probe. This can be measured by evaluating a spectrum or at least several wavelengths in the visible light range via the oxygen saturation of the blood. In principle, the oxygen saturation of the blood and its measurement are known. A correlation with other measurement ranges and a detection of cancer are not yet known. Similar to the near-infrared range, broadband light can be radiated in via a
Zur besonders sicheren Erkennung von Krebs wurde herausgefunden, dass die Auswertungen des Raman-Signals zum Beispiel zum Erkennen von Laktat-Konzentrationen, die von Null verschieden sind, eine hohe Bedeutung hat. Deswegen ist es vorteilhaft, ebenfalls ein über Laser anzuregendes Ramanlicht 80 einzustrahlen. Im Nachweis kann das Raman-Spektrum oder wenigstens mehrere Wellenlängen hieraus integriert werden.For the particularly reliable detection of cancer, it was found that the evaluation of the Raman signal, for example to detect lactate concentrations that are different from zero, is of great importance. It is therefore advantageous to also radiate in a Raman light 80 to be excited via a laser. The Raman spectrum or at least several wavelengths from it can be integrated in the detection.
Die sichtbare Messung kann je nach zu untersuchenden Krebs ebenfalls in ähnlicher Weise auf den UV-Bereich ausgedehnt werden.The visible measurement can also be similarly extended to the UV range depending on the cancer being examined.
Die Bauform der Sonde kann über spezielle Auslegung bestimmte Bereiche im Gewebe 100 abtasten. Wählt man die Ausführungsform parallel liegender Fasern, so wird der direkte Bereich vor der Sonde zum Beispiel die ersten 50 Mikrometer nicht gesehen. Vielmehr wird das Licht in das Gewebe eingekoppelt und der erste Überlapp zum Empfangskegel der Nachweisfaser liegt in der Tiefe des Gewebes, also zum Beispiel 50 Mikrometer entfernt. Der optisch versierte Ingenieur kann leicht den gewünschten ersten Überlapp durch den Sendekegel und Empfangskegel durch den Abstand der Sendefaser und der Empfangsfaser einstellen. Je weiter Sendefaser, Empfangsfaser von einander entfernt sind, umso geringer ist das Signal, umso tiefer ist jedoch die Abtastungsebene.The design of the probe can scan specific areas in the
In die andere Richtung ist das extrem darin zu sehen, dass Sendefaser und Empfangsfaser einen 100%-gen Überlapp haben, welcher über Strahlteilung auf der Geräteseite realisierbar ist. Dabei kann mit einem Strahlteiler oder einem Strahlteiler-Würfel, oder mit einem ähnlich funktionierenden Gerät aus einer Richtung der Sender angebracht werden und um 90° oder einen anderen Winkel versetzt der Empfänger. Jeweils ein Teil des eingestrahlten Lichtes wird reflektiert, geht in die Faser, gelangt an der Sondenspitze aus der Sonde heraus ins Gewebe. Das an gleicher Stelle remittierte Licht oder auch fluoreszierende Licht oder Raman-Licht wird in die gleiche Faser zurückgekoppelt, zurücktransportiert in den Strahlteiler-Würfel oder anderen Strahlteiler und gelangt zum Teil oder ganz durch diesen hindurch in das Detektorsystem. Bei dieser Ausführungsform ist der Überlapp zwischen Sender und Empfänger 100%, die Endringtiefe faktisch Null. Gemessen wird dann direkt an der Grenzfläche der Faser zum Gewebe. Je nach Anwendungsfall kann die eine oder andere Ausführungsform günstiger sein. Bei getrennten Fasern gibt es weniger Übersprechen von Sender auf Empfänger und eine Verschmutzung der Endflächen ist nicht so kritisch wie bei der Ausführungsform, wo Sender und Empfänger einen 100%-gen geometrischen Überlapp aufweisen.In the other direction, the extreme is that the transmission fiber and reception fiber have a 100% overlap, which can be implemented by beam splitting on the device side. With a beam splitter or a beam splitter cube, or with a similarly functioning device, the transmitter can be attached from one direction and the receiver offset by 90° or another angle. A part of the incident light is reflected, goes into the fiber, gets out of the probe at the tip of the probe and into the tissue. The light remitted at the same point or also fluorescent light or Raman light is coupled back into the same fiber, transported back into the beam splitter cube or another beam splitter and passes partly or completely through this into the detector system. In this embodiment, the overlap between transmitter and receiver is 100%, the end ring depth is virtually zero. Measurements are then taken directly at the interface between the fiber and the tissue. Depending on the application, one or the other embodiment can be cheaper. With split fibers there is less crosstalk from transmitter to receiver and end face contamination is not as critical as in the embodiment where transmitter and receiver have 100% geometric overlap.
Die Anforderungen an die Nachweisseite werden durch die jeweilige Anwendung vorgegeben. Wie bereits ausgeführt können Fotometer und Spektrometer zum Einsatz kommen. Bei Fotometern werden nur einzelne Wellenlängen nachgewiesen, bei Spektrometer werden sehr viele Wellenlängen nachgewiesen. Dafür ist die Nachweisempfindlichkeit der Spektrometer gegenüber den Fotometern begrenzt.The requirements for the verification page are specified by the respective application. As already explained, photometers and spectrometers can be used. With photometers, only individual wavelengths are detected, with spectrometers, many wavelengths are detected. On the other hand, the detection sensitivity of spectrometers is limited compared to photometers.
Für die Auswertung werden bevorzugt alle Informationen zugleich herangezogen. Es zeigt sich, dass zum Beispiel die gemessenen Raman- und Fluoreszenz Intensitäten bei gleichem Zustand des Gewebes, also Krebs oder nicht Krebs, in ihrer Höhe von der Gewebeeigenfarbe abhängen. Dunkleres Gewebe absorbiert die einfallende Strahlung, sodass das Signal geringer ausfällt. Daher ist es vorteilhaft, die Eigenfarbe des Gewebes mitzumessen und die entsprechende Auswertung in eine Korrektur einfließen zu lassen.All information is preferably used at the same time for the evaluation. It has been shown that, for example, the measured Raman and fluorescence intensities depend on the intrinsic color of the tissue in the same condition of the tissue, i.e. cancer or not. Darker tissue absorbs the incoming radiation, so the signal is lower. It is therefore advantageous to also measure the inherent color of the tissue and to incorporate the corresponding evaluation into a correction.
Alle vorhandenen Informationen der Gewebeveränderung können beispielsweise über eine Korrelationsmatrix, die für jeden Krebs-Typ zu erarbeiten ist, in die Auswertung mit einbezogen werden. Also insbesondere Raman, Fluoreszenz, Remissionsspektren im sichtbaren UV- und nahen Infrarot. Es kann in einzelnen Fällen vorkommen, dass einzelne Informationen nicht von Bedeutung sind. Dann kann der Konstrukteur der Sonde entscheiden, ob die Empfangskanäle und Sendekanäle dennoch mit in das Gerät zu integrieren sind oder aus Kostengründen weggelassen werden. Die Alternative ist einfach das Nicht-berücksichtigen der Information bei der Auswertung.All existing information on tissue changes can be included in the evaluation, for example via a correlation matrix that is to be developed for each type of cancer. So in particular Raman, fluorescence, remission spectra in the visible UV and near infrared. In individual cases, individual pieces of information may not be relevant. Then the designer of the probe can decide whether the receiving channels and transmitting channels should nevertheless be integrated into the device or left out for cost reasons. The alternative is simply not to consider the information in the evaluation.
Es konnte gezeigt werden, dass diese spezielle Kombination der genannten Wellenlängenbereiche und konkretes Suchen nach Stoffwechsel-Zwischenprodukten und lokalen Zuständen wie Wassergehalt, Bindegewebe-Dichte und Stoffwechsel-Beobachtung und dessen Höhe, mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit den Krebs direkt von der Nagelspitze erkennt. Die Auswertung kann so schnell vollzogen werden, dass ein quasi-kontinuierliches Signal entlang des Stichweges entsteht.It could be shown that this special combination of the wavelength ranges mentioned and a specific search for metabolic intermediates and local conditions such as water content, connective tissue density and metabolic observation and its level, detects the cancer directly from the nail tip with a very high probability. The evaluation can be completed so quickly that a quasi-continuous signal is generated along the stub path.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.It is obvious to the person skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and that the invention is not limited to these, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. Furthermore, it is evident that the features, regardless of whether they are disclosed in the description, the claims, the figures or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features.
BezugszeichenlisteReference List
- 99
- Analysesystemanalysis system
- 1010
- multispektrale Analysensondemultispectral analysis probe
- 1212
- AnalysensondenhalterungAnalysis probe holder
- 1414
- Lagerung der AnalysensondenhalterungStorage of the analysis probe holder
- 1616
- Linearsystemlinear system
- 1717
- Klemmverschraubungcompression fitting
- 1818
- Sondenaufnahmeprobe recording
- 2020
- Kanülecannula
- 2222
- Haltemufferetaining sleeve
- 2424
- Messspitzemeasuring tip
- 2626
- Strahlengangbeam path
- 3030
- Lichtwellenleiteroptical fiber
- 3232
- Bruch- und BiegesicherungBreak and bending protection
- 3434
- erster Lichtwellenleiterfirst optical fiber
- 3636
- zweiter Lichtwellenleitersecond optical fiber
- 3838
- dritter Lichtwellenleiterthird optical fiber
- 4040
- vierter Lichtwellenleiterfourth optical fiber
- 4242
- fünfter Lichtwellenleiterfifth fiber optic cable
- 4444
- sechster Lichtwellenleitersixth optical fiber
- 4545
- gemeinsamer Lichtmischerleitercommon light mixer leader
- 4646
- Lichtmischerleiterlight mixer ladder
- 4848
- siebter Lichtwellenleiterseventh fiber optic cable
- 5050
- Lichtmischerlight mixer
- 5252
- Strahlteilerbeam splitter
- 5454
- Linse, Sammellinselens, converging lens
- 5656
- PfeilArrow
- 5858
- PfeilArrow
- 6060
- Linsentubelens tube
- 6262
- Befestigungsmittelfasteners
- 6666
- verfahrbarer Linsentubemoveable lens tube
- 6868
- Linsentube-EinstellsystemLens tube adjustment system
- 7070
- Auswertesystem, SpektrometerEvaluation system, spectrometer
- 7272
- Analysen- und/oder SteuerungsrechnerAnalysis and/or control computer
- 8080
- optische Quelleoptical source
- 100100
- Probesample
Claims (26)
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